電機及電機系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種能推定轉子機械角的電機和電機系統，該轉子機械角表示轉子旋轉位置的絕對位置。具有轉子與定子，轉子具有轉子鐵芯，在轉子鐵芯上設有多個永磁鐵，定子隔著規定的氣隙與轉子相對配置，定子具有定子鐵芯，定子鐵芯上卷繞安裝有多個相的定子線圈。轉子的結構為，轉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。定子的結構為，由一個相的定子線圈或由各相的定子線圈的組合形成的磁場的分布模式為在整周中具有唯一性。
【專利說明】電機及電機系統
【技術領域】
[0001]本發明所公開的實施方式涉及一種電機及電機系統。
【背景技術】
[0002]現有技術中，為了對電機的旋轉進行控制而檢測出電機的轉子的位置。一般而言，為了檢測出電機轉子的旋轉位置而使用編碼器等位置檢測器。
[0003]然而，從節省配線、節省空間、提高在嚴酷的環境下的可靠性的觀點考慮，正在探索不使用編碼器也能夠檢測出轉子的位置的技術。
[0004]作為該技術的一例，在專利文獻I中提出了如下一種技術。即，轉子的旋轉位置(機械角的變化所表示的位置)的變化使得定子側的線圈的電感發生變化，該電感的變化值對應于安裝在旋轉軸上的磁極部的磁阻的變化，利用這一情況來檢測出轉子的位置。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2010-166711號公報
【發明內容】

[0008]發明要解決的問題
[0009]然而，在上述專利文獻I所記載的技術中，只能推定對應于電角度的相對機械角。即，以專利文獻I為代表的現有技術，不能直接推定表示轉子的絕對位置的機械角。
[0010]實施方式涉及的一個技術方案即是考慮到上述問題作出的，其目的在于提供一種能夠推定轉子的絕對機械角的電機及電機系統。
[0011]解決問題的技術方案
[0012]實施方式一個技術方案所涉及的電機具有轉子與定子，所述轉子具有轉子鐵芯，在所述轉子鐵芯的周向上設有多個永磁鐵；所述定子隔著規定的氣隙與所述轉子相對配置，該定子具有定子鐵芯，在所述定子鐵芯上卷繞安裝有多個相的定子線圈。所述轉子的結構為，所述轉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，所述定子的結構為，所述定子線圈通過一個相或者各相的組合而形成的磁場的分布模式在整周中具有唯一性。
[0013]發明的效果
[0014]采用所述一個實施方式，不使用編碼器也能夠高精度地推定轉子的旋轉位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為表示實施方式涉及的電機系統的大致結構的框圖；
[0016]圖2為實施方式涉及的電機的轉子與定子的在包含轉子中心軸的平面上的剖視圖；
[0017]圖3為比較例涉及的電機的轉子與定子的、在垂直于轉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的數學模型的一例的附圖；
[0019]圖5為表示比較例涉及的電機的永磁鐵的磁極的名稱與d軸、q軸所對應位置的附圖；
[0020]圖6A為表示比較例涉及的電機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的定子線圈的卷繞方向的附圖；
[0023]圖7B為同時表示比較例涉及的電機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的定子線圈通交流電時的通電方法的附圖；
[0025]圖8B為表示以圖8A的通電方法通電時所產生的磁通的分布的附圖；
[0026]圖9A為表示比較例涉及的電機的轉子的d軸處所產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的轉子的q軸處所產生的磁通密度的分布的附圖；
[0028]圖10所示為，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)代替比較例涉及的電機的轉子后、對定子線圈通交流電時所產生的磁通密度與分布；
[0029]圖1lA為表示實施方式涉及的電機的轉子的一例的附圖；
[0030]圖1lB為表示實施方式涉及的電機的轉子的一例的附圖；
[0031]圖12A為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0032]圖12B為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0033]圖13A為表示實施方式涉及的電機的轉子的一例的附圖；
[0034]圖13B為表示實施方式涉及的電機的轉子的一例的附圖；
[0035]圖13C為表示實施方式涉及的電機的轉子的一例的附圖；
[0036]圖14A為表示圖13A所示的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0037]圖14B為表示圖13B所示的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0038]圖14C為表示圖13C所示的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0039]圖15為表示實施方式涉及的電機的轉子的一例的附圖；
[0040]圖16為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0041]圖17A為表示實施方式涉及的變形例的附圖；
[0042]圖17B為表示實施方式涉及的變形例的附圖；
[0043]圖18為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0044]圖19為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；[0045]圖20A為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0046]圖20B為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0047]圖21A為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0048]圖21B為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0049]圖22A為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0050]圖22B為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0051]圖22C為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0052]圖23A為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0053]圖23B為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0054]圖23C為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0055]圖24A為表示實施方式涉及的電機的轉子的q軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0056]圖24B為表示實施方式涉及的電機的轉子的q軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0057]圖24C為表示實施方式涉及的電機的轉子的q軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0058]圖25A為表示實施方式涉及的變形例的附圖；
[0059]圖25B為表示實施方式涉及的變形例的附圖；
[0060]圖26為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0061]圖27為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0062]圖28為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0063]圖29為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0064]圖30為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0065]圖31為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0066]圖32為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0067]圖33為表示實施方式涉及的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0068]圖34A為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0069]圖34B為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0070]圖34C為表示實施方式涉及的電機的轉子的例子的附圖；
[0071]圖35A為表示圖34A所示的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0072]圖35B為表示圖34B所示的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0073]圖35C為表示圖34C所示的電機的轉子的d軸處所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0074]圖36A為表示實施方式涉及的電機的定子的例子的附圖；
[0075]圖36B為表示實施方式涉及的電機的定子的例子的附圖；
[0076]圖36C為表示實施方式涉及的電機的定子的例子的附圖；
[0077]圖37A所示為，在實施方式涉及的電機中，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子后，對定子線圈通交流電時在定子鐵芯中所產生的磁通密度與分布；
[0078]圖37B所示為，在實施方式涉及的電機中，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子后，對定子線圈通交流電時在定子鐵芯中所產生的磁通密度與分布；
[0079]圖37C所示為，在實施方式涉及的電機中，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子后，對定子線圈通交流電時在定子鐵芯中所產生的磁通密度與分布；
[0080]圖38A為表示實施方式涉及的電機的定子的例子的附圖；
[0081]圖38B為表示實施方式涉及的電機的定子的例子的附圖；
[0082]圖38C為表示實施方式涉及的電機的定子的例子的附圖；
[0083]圖39A所示為，在實施方式涉及的電機中，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子后，對定子線圈通交流電時在定子鐵芯中所產生的磁通密度與分布；
[0084]圖39B所示為，在實施方式涉及的電機中，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子后，對定子線圈通交流電時在定子鐵芯中所產生的磁通密度與分布；
[0085]圖39C所示為，在實施方式涉及的電機中，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子后，對定子線圈通交流電時在定子鐵芯中所產生的磁通密度與分布；
[0086]圖40A為表示實施方式涉及的電機的定子的例子的附圖；
[0087]圖40B為表示實施方式涉及的電機的定子的例子的附圖；
[0088]圖40C為表示實施方式涉及的電機的定子的例子的附圖；
[0089]圖4IA所示為，在實施方式涉及的電機中，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子后，對定子線圈通交流電時在定子鐵芯中所產生的磁通密度與分布；
[0090]圖41B所示為，在實施方式涉及的電機中，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子后，對定子線圈通交流電時在定子鐵芯中所產生的磁通密度與分布；
[0091]圖41C所示為，在實施方式涉及的電機中，設置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子后，對定子線圈通交流電時在定子鐵芯中所產生的磁通密度與分布；
[0092]圖42A為表示實施方式涉及的電機的轉子與定子的組合的附圖；
[0093]圖42B為表示實施方式涉及的電機的轉子與定子的組合的附圖；
[0094]圖43A為表示實施方式涉及的電機的轉子與定子的組合所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0095]圖43B為表示實施方式涉及的電機的轉子與定子的組合所產生的磁通密度與分布的附圖；
[0096]圖44為表示實施方式涉及的電機的轉子與定子的組合中轉子的絕對位置和響應電流的振幅的關系的附圖；
[0097]圖45為表示進行絕對位置檢測時的系統狀態的不帶絕對位置編碼器的伺服系統的框圖；
[0098]圖46為表示進行電機驅動時的系統狀態的不帶絕對位置編碼器的伺服系統的框圖；
[0099]圖47為變形例的不帶絕對位置編碼器的伺服系統的框圖；
[0100]圖48為用于說明第二實施方式涉及的電機的縱剖視圖；
[0101]圖49為示意性表示第二實施方式涉及的電機的主視圖；
[0102]圖50為表示第二實施方式涉及的電機的轉子結構的說明圖；
[0103]圖51A為示意性表示第二實施方式涉及的電機的定子的示意圖；
[0104]圖51B為表示第二實施方式涉及的電機的定子結構的說明圖；
[0105]圖52為表示以電角度半周(機械角45度)所表現的電感值的極值的說明圖；
[0106]圖53為表示第二實施方式涉及的電機的機械角的推定步驟的說明圖；
[0107]圖54為表示第二實施方式涉及的電機的電感相對于機械角的分布的說明圖；
[0108]圖55為表示第二實施方式涉及的變形例一的轉子結構的說明圖；
[0109]圖56為表示第二實施方式涉及的變形例二的轉子結構的說明圖；
[0110]圖57為表示第二實施方式涉及的變形例三的轉子結構的說明圖；
[0111]圖58為表示第二實施方式涉及的變形例四的轉子結構的說明圖；
[0112]圖59A為表示第二實施方式涉及的變形例一的定子的示意圖；
[0113]圖59B為表示第二實施方式涉及的變形例一的定子結構的說明圖；
[0114]圖60A為表示第二實施方式涉及的變形例二的定子的示意圖；
[0115]圖60B為表示第二實施方式涉及的變形例二的定子結構的說明圖；
[0116]圖61為表示第一定子線圈的接線方式的說明圖；
[0117]圖62為表示第二定子線圈的接線方式的說明圖；
[0118]圖63為用于說明第三實施方式涉及的電機的縱剖視圖；
[0119]圖64為示意性表示第三實施方式涉及的電機的主視圖；
[0120]圖65為表示第三實施方式涉及的電機的轉子結構的說明圖；
[0121]圖66A為表示第三實施方式涉及的電機的定子的示意圖；
[0122]圖66B為表示第三實施方式涉及的電機的定子結構的說明圖；
[0123]圖67為表示第三實施方式涉及的電機的機械角的推定步驟的說明圖；
[0124]圖68為表示第三實施方式涉及的電機的電感相對于機械角的分布的說明圖；
[0125]圖69A為表示第三實施方式涉及的變形例一的定子的示意圖；
[0126]圖69B為表不第三實施方式涉及的變形例一的定子結構的說明圖；
[0127]圖70A為表示第三實施方式涉及的變形例一的電機的定子的示意圖；
[0128]圖70B為表示第三實施方式涉及的變形例一的定子結構的說明圖；
[0129]圖71A為表示其他實施方式涉及的電機的第一定子線圈的接線方式的說明圖；
[0130]圖71B為表示其他實施方式涉及的電機的第二定子線圈的接線方式的說明圖；
[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明圖。
【具體實施方式】
[0135]下面參照附圖對本申請所公開的電機以及電機系統的實施方式進行詳細的說明。然而，下述實施方式僅僅是例示，并非對本發明進行限定。
[0136]圖1為實施方式涉及的電機系統I的大致結構的框圖，圖2為實施方式涉及的電機10的在包含轉子中心軸的平面上的剖視圖。
[0137]如圖1所示，電機系統I具有電機10與控制裝置20。控制裝置20具有后述的轉子控制部21、電感計測部22、存儲部23以及機械角推定部24。另外，在圖1中，附圖標記Ax表示旋轉軸11的軸心(中心)、即電機的中心軸。
[0138]電機10具有轉子17與定子16，其中，轉子17具有在此省略圖示并且將在后面說明的永磁鐵18與轉子鐵芯17a ;定子具有多個定子線圈15與定子鐵芯16a,該定子16隔著氣隙與轉子17相對配置。轉子17的旋轉軸11通過軸承14A、14B以能夠旋轉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]轉子17的面對氣隙的表面上的磁極的總數(磁極數)為4以上。并且，轉子17所形成的氣隙中的磁通密度的分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。SP，以某一定程度大小的磁動勢使對應于轉子17的d軸或q軸的位置處產生了磁通時，在轉子17的周向上，某個機械角180度的范圍內的氣隙中的磁通密度，比其他180度范圍內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械角360度為一個周期的磁通密度成分。即，例如設置圓筒鐵芯170，由其代替轉子17，而與定子16相對配置，對定子線圈15施加交流電，此時，在定子鐵芯16a的周向上，某個機械角180度范圍內的氣隙中的磁通密度，大于其他180度范圍內的氣隙中的磁通密度。
[0140]為了容易理解，下面首先用圖3對比較例的電機的轉子100與定子200進行說明。
[0141]圖3為比較例的電機的轉子100與定子200的、在垂直于轉子中心軸的平面上的剖視圖。其中，所例示的是，轉子100的磁極數為6、定子200的線圈數為9、線圈形態為集中繞組的SPM (表面磁鐵)型電機。
[0142]比較例的電機的轉子100具有轉子鐵芯110與永磁鐵120，其中，轉子鐵芯110由層疊的電磁鋼板或碳素結構鋼的切削制品等構成；永磁鐵120安裝在轉子鐵芯110的面對氣隙的表面上。永磁鐵120由含稀土類元素的燒結體、含稀土類元素的樹脂混合體、鐵氧體磁鐵等構成，被磁化的方向大致為轉子100的徑向。
[0143]作為電機的數學模型的一般性的代表例，公知有dq坐標系模型。如圖4所示地，將三相坐標系(由U相軸、V相軸、W相軸這三個坐標軸表示的靜止坐標系)的電機特性方程式變換為dq坐標系(由d軸、q軸這兩個坐標軸表示的隨轉子旋轉的坐標系)即可得到dq坐標系的數學模型。
[0144]圖5所示為實際上的轉子100的d軸與q軸的位置。在本例中，極對數為3(磁極數6的2分之I )，因而，相對于dq坐標系中的d軸和q軸，分別存在通過永磁鐵120的N極的中心的三個d軸(下面稱為實際d軸)以及通過與轉子100相鄰的永磁鐵120的中心的三個q軸(下面稱為實際q軸)。為了區別這些實際d軸與實際q軸，如圖5所示，按照順時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成。如圖6A與圖6B所示，在轉子100向逆時針方向旋轉時，全部的9個定子線圈220分配給三個相即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所示地設定。在圖7A與圖7B中，帶圈十字記號表示從紙面外側向里側的方向，帶圈圓點表示從紙面里側向外側的方向。各定子線圈220如圖7B所示地相互連接，整體上構成三相星形連接的接線結構。
[0146]圖8A為表示向比較例的電機的定子線圈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，產生如圖SB所示的磁通。圖SB中示出了，在某一時刻由交流電所產生的磁通的分布，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的此狀態下設置轉子100，使圖5所示的轉子的dl軸與圖8B中的Ul定子線圈的中心一致，于是，能夠在對應于轉子100的d軸的位置產生磁通。另外，在此定子200的狀態下設置轉子100，使圖5所示的轉子100的ql軸與圖8B中的Ul定子線圈220的中心一致，于是，能夠在對應于轉子100的q軸的位置產生磁通。
[0147]圖9A與圖9B所示為，通過上述方法使比較例的電機的轉子100的d軸和q軸的位置處產生磁通時的磁通的分布。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。比較例的電機的轉子100的電氣特性(例如永磁鐵的電導率)在周向上恒定均勻，因而，如果將磁動勢固定為某個恒定大小時，那么，上述三個實際d軸處均產生密度相同的磁通，因而，箭頭線的粗細全部相同。即，磁通的分布在轉子100的周向上呈旋轉對稱(在本例中，其周期是機械角120度)，不會出現在某個機械角180度范圍內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度的情況。即，轉子100所產生的氣隙中的磁通密度分布波形并不具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。
[0148]圖10所示為，設置圓筒鐵芯300 (由層疊的電磁鋼板構成)代替轉子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。比較例的電機的定子200的定子鐵芯210的電氣特性(例如電導率)在周向上均一，并且，定子線圈220的匝數也全部相同，因而，磁通的分布在定子200的周向上呈旋轉對稱(在本例中，其周期為機械角120度)，不會出現在某個機械角180度范圍內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度的情況。即，定子200所產生的氣隙中的磁通密度分布波形并不具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。
[0149]由于比較例的電機利用位置傳感器檢測出轉子100的位置與速度，因而，如上面所說明的，磁通的分布呈旋轉對稱，雖然轉子100與定子200這二者都不具有以機械角360度為一個周期的氣隙中的磁通密度成分，但也不會產生大的問題。
[0150]下面使用圖1IA?圖43B對圖3所示的本實施方式所涉及的電機10的轉子17以及定子16進行說明。其中，所例示的是，轉子17的磁極數為6、定子16的線圈數為9、線圈形態為集中繞組的電機，并且，該電機的轉子17具有圓柱狀的轉子鐵芯17a，在轉子鐵芯17a的周向上設有6極的永磁鐵18。
[0151]在本實施方式中，轉子17的永磁鐵18的電導率按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。即，如圖1lA與圖1lB中的點的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的電導率在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。其中，在圖11A、圖1lB中，點的密度高的區域是電導率大的范圍，點的密度低的區域是電導率小的范圍。圖1lA所示為在環形的永磁鐵18上依次形成附、51、吧、52、吧、53這6個磁極的轉子17，圖1lB所示為在轉子鐵芯17a上設置分別獨立形成的N1、S1、N2、S2、N3、S3這6個磁極的永磁鐵18的轉子17。
[0152]在圖11A、B所示的轉子的d軸對應的位置通交流電時，如圖12A、B所示，本實施方式的轉子17所產生的磁通密度與其分布對應于從磁極NI到磁極S3的各個磁極的電導率的差。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的電導率越大，相對于d軸處所通的交流電，永磁鐵18內部所產生的渦電流越大，因而，磁通密度越低。相反，永磁鐵18的電導率越小，相對于d軸處所通的交流電，永磁鐵18內部所產生的渦電流越小，因而，磁通密度越高。在本實施方式的轉子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖12A、B中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0153]另外，本發明一個實施方式的轉子17的永磁鐵18的厚度(徑向上的長度)按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個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的厚度在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。
[0154]對圖13A、13B以及13C所示的轉子17的d軸對應的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產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。在本實施方式的轉子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，三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。S卩，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖14A?C中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，由于本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0155]另外，本發明一個實施方式的轉子17，設置于永磁鐵18的內徑側的轉子鐵芯17a的電導率按照磁極范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。S卩，如圖15中點的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的轉子鐵芯17a的電導率在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。其中，在圖15中，點的密度高的區域是電導率大的范圍，點的密度低的區域是電導率小的范圍。
[0156]對圖15所示的轉子17的d軸對應的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產生的磁通密度與分布，對應于從磁極NI到S3的各個磁極處的轉子鐵芯17a的電導率的差，成為圖16中所示的形態。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。由于轉子鐵芯17a的電導率越大，相對于d軸處所通的交流電，轉子鐵芯17a內部所產生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，由于轉子鐵芯17a的電導率越小，相對于d軸處所通的交流電，轉子鐵芯17a內部所產生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實施方式的轉子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖16中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0157]上面所說明的實施方式可以各自單獨適用，也可以同時適用多個實施方式。
[0158]圖17A、B表不的是同時適用上述實施方式中的兩個的例子。S卩，永磁鐵18的電導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，也能夠使轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。圖17A所示為在轉子鐵芯17a的周圍設置環形的永磁鐵18，該永磁鐵18的厚度(徑向上的長度)在180度范圍內逐漸變化，圖17B所示為在轉子鐵芯17a的周圍設置厚度(徑向上的長度)互不相同的永磁鐵18。
[0159]上面是，永磁鐵18相對于轉子17的設置方式為表面磁鐵型(SPM型)的實施方式，然而，根據同樣的道理可以容易得出永磁鐵18的設置方式為嵌入型與埋入磁鐵型(IPM型)的實施方式。下面舉例說明。圖18?圖27所示為嵌入型，圖28?圖35C為埋入磁鐵型。
[0160]本發明一個實施方式的轉子17的永磁鐵18的電導率按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。即，如圖18中的點的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的電導率在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。其中，在圖18中，點的密度高的區域是電導率大的范圍，點的密度低的區域是電導率小的范圍。
[0161]對圖18所示的轉子17的d軸對應的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產生的磁通密度與分布,對應于從磁極NI到磁極S3的各個磁極處的電導率的差，成為圖19中所示的形態。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的電導率越大,相對于d軸處所通的交流電,永磁鐵18內部所產生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，永磁鐵18的電導率越小，相對于d軸處所通的交流電，永磁鐵18內部所產生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實施方式的轉子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖19中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0162]另外，本發明一個實施方式的轉子17的永磁鐵18的厚度(徑向上的長度)按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個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的厚度在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。圖20A所示為永磁鐵18的厚度(徑向上的長度)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子17。另外，圖20B所示為使用左右非對稱狀的永磁鐵18的轉子17，該永磁鐵18的厚度(徑向上的長度)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]對圖20A、B所示的轉子17的d軸對應的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產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。在本實施方式的轉子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，三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖21A、B中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0164]在上面的實施例中，著眼于對應于轉子17的d軸的位置產生的磁通而使轉子17具有磁性的各向異性，然而，也容易得到著眼于對應于轉子17的q軸的位置產生的磁通而使轉子17具有磁性的各向異性的實施方式。下面舉例說明。
[0165]在本發明一個實施方式的轉子17中，轉子鐵芯17a的凸極17b的高度(徑向上的長度)在周向上不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。即，如圖22A、B、C所示，6個凸極17b的高度在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。
[0166]對圖22A、B、C所示的轉子17的d軸對應的位置通交流電時，本實施方式的轉子
17所產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。在本實施方式的轉子17中，如上所述，轉子鐵芯17a的凸極17b的高度按照磁極的不同而不同，因而，三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖23A、B、C中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0167]另外，對圖24A、B、C所示的轉子17的q軸對應的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產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。在本實施方式的轉子17中，如上所述，轉子鐵芯17a的凸極17b的高度按照磁極的不同而不同，因而，三個實際q軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖24A、B、C中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0168]上面所說明的實施方式可以各自單獨適用，也可以同時適用多個實施方式。
[0169]圖25A、B所示為同時適用上述實施方式中的兩個的例子。即，永磁鐵18的電導率按照磁極的范圍的不同而不同，并且轉子鐵芯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(徑向上的長度)按照磁極范圍的不同而不同，并且轉子鐵芯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，也能夠使轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。另外，圖25B所示的轉子17使用的是具有圖20B所示形狀的永磁鐵18。
[0170]另外，本發明一個實施方式的轉子17，設置在永磁鐵18的內徑側的轉子鐵芯17a的電導率按照磁極范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。S卩，如圖26中點的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的轉子鐵芯17a的電導率在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。其中，在圖26中，點的密度高的區域是電導率大的范圍，點的密度低的區域是電導率小的范圍。
[0171]對圖26所示的轉子17的d軸對應的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產生的磁通密度與分布,對應于從磁極NI到磁極S3的各個磁極處的轉子鐵芯17a的電導率的差，成為圖27中所示的形態。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。轉子鐵芯17a的電導率越大，相對于d軸處所通的交流電，轉子鐵芯17a內部所產生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，轉子鐵芯17a的電導率越小，相對于d軸處所通的交流電，轉子鐵芯17a內部所產生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實施方式的轉子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖27中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。[0172]另外，在本發明一個實施方式的轉子17中，永磁鐵18的電導率按照磁極范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。即，如圖28中的點的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的電導率在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。其中，在圖28中，點的密度高的區域是電導率大的范圍，點的密度低的區域是電導率小的范圍。另外，包含圖28在內，一直到圖35所表示的轉子17為埋入磁鐵型，在轉子鐵芯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]在對應于圖28所示的轉子的d軸的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產生的磁通密度與分布,對應于從磁極NI到磁極S3的各個磁極處的電導率的差，成為圖29所示的形態。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的電導率越大，相對于d軸處所通的交流電，永磁鐵
18內部所產生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，永磁鐵18的電導率越小，相對于d軸處所通的交流電，永磁鐵18內部所產生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實施方式的轉子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖29中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0174]另外，在本發明一個實施方式涉及的轉子17中，永磁鐵18的厚度(徑向上的長度)按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個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的厚度在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。圖30所示的轉子17中，永磁鐵18的厚度(徑向上的長度)被適當改變。
[0175]在對應于圖30所示的轉子17的d軸的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產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。在本實施方式的轉子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，三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖31中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0176]另外，在本發明一個實施方式的轉子17中，設置于永磁鐵18的內徑側的轉子鐵芯17a的電導率按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。S卩，如圖32中點的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的轉子鐵芯17a的電導率在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。其中，在圖32中，點的密度高的區域是電導率大的范圍，點的密度低的區域是電導率小的范圍。
[0177]對圖32所示的轉子17的d軸對應的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產生的磁通密度與分布,對應于從磁極NI到磁極S3的各個磁極處的轉子鐵芯17a的電導率的差，成為圖33中所示的形態。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。轉子鐵芯17a的電導率越大，相對于d軸處所通的交流電，轉子鐵芯17a內部所產生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，轉子鐵芯17a的電導率越小，相對于d軸處所通的交流電，轉子鐵芯17a內部所產生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實施方式的轉子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個實際d軸處所產生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖33中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0178]另外，在本發明一個實施方式的轉子17中，轉子鐵芯17a的形狀按照磁極范圍的不同而不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個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，各磁極處的轉子鐵芯17a的形狀在機械角O到360度的范圍內形成為，僅有一個磁極不同或者伴隨有規則的變化而分布。圖35A所示的轉子17為改變磁鐵槽17d的深度，設定轉子鐵芯17a的面對氣隙的表面與永磁鐵18的距離使之互不相同。圖35B所示的轉子17為，具有以偏心軸171為中心的外周面，使得轉子鐵芯17a的外徑逐漸變化。圖35C所示的轉子17為，對與所配置的永磁鐵18相面對的弧面進行切削，使各切削深度172互不相同。
[0179]在對應于圖34A、B、C所示的轉子17的d軸的位置通交流電時，本實施方式的轉子17所產生的磁通密度與分布，對應于從磁極NI到磁極S3的各磁極處的轉子鐵芯17a的形狀的差，成為圖35、B、C所示的形態。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的任何一個可知，永磁鐵18距離轉子鐵芯17a的面對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距離轉子鐵芯17a的面對氣隙的表面的距離越遠，則磁阻越小，因而磁通密度越高。另外，轉子鐵芯17a的外徑越大，則磁阻越小，因而磁通密度越高。在本實施方式的轉子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，在三個實際d軸處生成的磁通密度之間有差異。即，磁通的分布在轉子17的周向上并非呈旋轉對稱狀，某個機械角180度范圍(在圖35A、B、C中，轉子17的下側)內的磁通密度大于其他機械角180度范圍內的磁通密度。如此，本發明一個實施方式的轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，通過并用該轉子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0180]在本發明一個實施方式的定子16中，定子鐵芯16a的電導率在周向上不同，使得定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個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的電導率在機械角O度到360度的范圍內呈梯度分布。其中，在圖36A、B、C中，陰影密度高的區域表示電導率小的范圍，陰影密度低的區域表示電導率高的范圍。
[0181]針對36A、B、C中所示的定子16，設置圓筒鐵芯170 (由層疊的電磁鋼板構成)而代替轉子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的電導率越大，則磁阻越大，因而磁通密度越低。在本實施方式的定子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對稱，某機械角180度范圍(圖37A、B、C中為定子16的左上側)的磁通密度比其他機械角180度范圍內的磁通密度高。如上所述，本發明一個實施方式的定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360為一個周期的磁通密度成分，因而，并用此定子16與上述轉子17以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0182]另外，在本發明一個實施方式的定子16中，定子鐵芯16a的齒部16b在徑向上的長度在周向上不同，使得定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。S卩，如圖38A、B、C所示，齒部16b的徑向長度在機械角O到360度的范圍內呈梯度分布。另外，在圖38A、B、C以及圖39A、B、C中，對徑向長度相對較短的齒部16b標注“.”標記。
[0183]針對圖38A、B、C所示的定子16，設置圓筒鐵芯170 (由層疊的電磁鋼板構成)代替轉子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的徑向長度越短，磁阻越大，因而磁通密度越低。在本實施方式的定子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對稱，某機械角180度范圍(圖39A、B、C中為定子16的右下側)的磁通密度比其他機械角180度范圍內的磁通密度高。如上所述，本發明一個實施方式的定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360為一個周期的磁通密度成分，因而，并用此定子16與上述轉子17以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0184]另外，在本發明一個實施方式的定子16中，定子線圈15的匝數在周向上互不相同，使得定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360為一個周期的磁通密度成分。S卩，如圖40A、B、C所示，定子線圈15的匝數在機械角O到360度的范圍內呈梯度分布。其中，在圖40A、B、C中，陰影密度高的區域是匝數多的定子線圈15，陰影密度低的區域是匝數少的定子線圈15。
[0185]針對圖40A、B、C所示的定子16，設置圓筒鐵芯170 (由層疊的電磁鋼板構成)代替轉子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的匝數越多，磁動勢越大，因而磁通密度越高。相反，定子線圈15的匝數越少，磁動勢越小，因而磁通密度越低。在本實施方式的定子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對稱，某機械角180度范圍(在圖41A、B、C中為定子16的左上側)的磁通密度比其他機械角180度范圍內的磁通密度高。如上所述，本發明一個實施方式的定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360為一個周期的磁通密度成分，因而，并用此定子16與上述轉子17以及控制方法，能夠檢測出轉子17的絕對位置。
[0186]下面，對由上述的轉子17與定子16的組合來檢測出轉子17的絕對位置的原理進行說明。
[0187]圖42A、B為轉子17與定子16的組合的一例。在圖42A、B中，轉子17為嵌入型，轉子鐵芯17a的凸極17b的高度(徑向上的長度)在周向上不同，使得轉子17所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分；定子16的定子線圈15的匝數在周向上不同，使得定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。針對圖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所示的轉子17的dl軸位于卷繞定子16的Ul定子線圈(參照圖6A)的齒部16b的中心時的磁通的分布。圖43B所示為圖22所示的轉子17的dl軸位于和圖43A的位置相隔180度的機械角的位置時的磁通的分布。
[0188]圖43A與圖43B的磁通的分布，由上述轉子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，是按照轉子17的絕對位置的不同而不同的分布。并且，由于上述轉子17與定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形都具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分，因而，磁通的分布相對于轉子17的絕對位置的變化也具有以機械角360度為一個周期的磁通成分。
[0189]因而，通過測定磁通的分布相對于轉子17的絕對位置的變化，從而不使用位置傳感器也能夠間接地推定轉子17的絕對位置。
[0190]可以通過測定對定子線圈15施加規定頻率的電壓時的響應電流的振幅，間接地測定磁通的分布相對于轉子17的絕對位置的變化。即，在繪制橫軸為轉子17的絕對位置Θ abs、縱軸為響應電流的振幅Im的圖表時，得到如圖44所示的關系，因而，能夠在實質上根據響應電流的振幅Im推定轉子17的絕對位置Θ abs ο
[0191]下面說明根據響應電流的振幅Im推定轉子17的絕對位置Θ abs的步驟。
[0192]圖45與圖46為不帶絕對位置編碼器的伺服系統(電機系統I)的框圖，圖45為進行絕對位置檢測時的系統狀態，圖46為進行電機驅動時的系統狀態。
[0193]如圖所示，電機系統I具有重疊電壓指令部27，首先，在進行絕對位置檢測時，控制裝置20(圖1)通過重疊電壓指令部27以變頻裝置28為目標，提供具有預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施加給能夠進行絕對位置檢測的上述的電機10。能夠進行絕對位置檢測的電機10根據轉子(轉子17)的角度的不同，在磁極位置疊加電壓時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與以電感計測部22 (參照圖1)為代表的無傳感器計測部29連接。
[0195]因而，在圖45、圖46所示的電機系統I中，能夠通過分流電阻等(未圖示)來推定電流值。[0196]另外，在由ROM等的存儲裝置所構成的存儲部23(參照圖1)中存儲有數據表23a，該電機系統I的重疊信號中的與轉子角度(轉子17的角度)對應的磁極位置電流值的變化作為數值數據被存儲在其中。
[0197]在機械角推定部24中，將所推定的電流值與數據表23a相比較從而推定當前的機械角。
[0198]然而，例如根據圖44所示的響應電流的振幅Im與轉子17的絕對位置Θ abs的關系，在數據表23a中，存在兩個對應于某個電流值的機械角，因而，需要推定到底是其中哪一個。
[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成，能夠使電機10的轉子17在一定程度上正確地旋轉。從而通過前饋位置控制使電機10的轉子17旋轉。
[0200]并且，重復下面的(I)?(3)的步驟，推定機械角。即，如上所述，(I)在檢測絕對位置時，通過重疊電壓指令部27以變頻裝置28為目標，提供具有預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施加給能夠進行絕對位置檢測的上述的電機10。(3)在機械角推定部24中，將所推定的電流值與數據表23a相比較從而推定當前的機械角。
[0201]因而，在轉子(轉子17)的位置的推定中，可以用第一次與第二次所得到的兩個機械角實現唯一推定。
[0202]另外，使轉子進一步旋轉，通過推定機械角從而能夠提高對轉子(轉子17)的位置的推定精度。
[0203]在檢測出轉子(轉子17)的絕對位置之后，可以將控制方式切換為，由無傳感器計測部29利用感應電壓監測器與電感凸極性進行的無傳感器方式進行控制。
[0204]另外，在無傳感器方式中，通過考慮能夠檢測絕對位置的電機10的磁特性，從而能夠提高控制性能。
[0205]另外，在圖45與圖46所示的電機系統I中，使用了磁極位置電流值的數據表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推定機械角。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為不帶絕對位置編碼器的伺服系統(電機系統I)的變形例的框圖。另外，該電機系統I與圖45以及圖46中所不的電機系統存在下述兩點不同。
[0207]S卩，首先，作為以變頻裝置28為目標賦予高頻電壓的重疊電壓指令部27而言，其具有發出第一重疊電壓指令a的第一重疊電壓指令部27a以及發出第二重疊電壓指令b的第二重疊電壓指令部27b，并且還具有對應于第一重疊電壓指令部27a的第一數據表23a以及對應于第二重疊電壓指令部27b的第二數據表23c。其次，無傳感器計測部29發出的表示電角度的信號，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以及通過模擬微分器31輸出給第二速度控制部30b。另外，其他的結構與上述相同，標注相同的附圖標記而省略其的說明。
[0208]首先，在檢測絕對位置時，控制裝置20 (圖1)有選擇地通過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，提供具有預定頻率與振幅的高頻電壓。并且，任一個電壓重疊指令部27a、27b都可以使高頻電壓的重疊方向在電角度O到360[deg]的范圍內自由變更。
[0209]變頻裝置28將通過第一重疊電壓指令a (或者第二重疊電壓指令b)得到的高頻電壓波形作為PWM施加給能夠檢測絕對位置的上述電機10。能夠檢測絕對位置的電機10根據轉子(轉子17)的角度的不同，電壓重疊在磁極位置上時得到的電流與電感也不同。
[0210]因而，在圖47所示的電機系統I中，可以通過分流電阻(未圖示)等來推定電流值。
[0211]在由ROM等的存儲裝置所構成的存儲部23 (參照圖1)中存儲著第一數據表23b與第二數據表23c，該電機系統I的重疊信號中的與轉子角度(轉子17的角度)對應的磁極位置電流值的變化作為數值數據被存儲在其中。
[0212]在機械角推定部24中，將所推定的電流值與第一數據表23b、第二數據表23c相比較從而推定當前的機械角。
[0213]然而，在此情況下，例如在圖44所示的響應電流的振幅Im與轉子17的絕對位置Θ abs的關系中，存在兩個對應于某個電流值的機械角，因而，需要推定到底是其中哪一個。
[0214]因而，使轉子(轉子17)旋轉一定程度，用不同的機械角檢測出電流值，對機械角進行推定。
[0215]在圖47所示的電機系統I中，為了使轉子(轉子17)旋轉，使用了無傳感器計測部29所進行的比較例的無傳感器控制、電流控制與位置控制。
[0216]然而，比較例的無傳感器控制使用的是利用電感凸極性的無傳感器方式。如此，在比較例中，通過利用電感凸極性的無傳感器控制，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揮作用。
[0217]S卩，在比較例中，通過無傳感器控制、電流控制、位置控制使電機10的轉子17旋轉，重復下述的步驟(I)?(3 )，推定機械角。
[0218](I)在檢測絕對位置時，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，提供具有預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施加給能夠檢測絕對位置的電機10。(3)由機械角推定部24將所推定的電流值與第一數據表23b、第二數據表23c相比較從而推定當前的機械角。
[0219]因而，在轉子(轉子17)的位置的推定中，可以用第一次與第二次所得到的兩個機械角唯一推定轉子(轉子17)的位置。
[0220]進一步，使轉子(轉子17)旋轉，通過推定機械角從而能夠提高對轉子(轉子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，使用對應于重疊電壓指令b的第二數據表23c進行比較，推定機械角，因而，能夠提高對轉子(轉子17)的位置的推定精度。
[0222]并且，在檢測出絕對位置后，可以將控制序列切換為，利用感應電壓監測器與電感凸極性進行的無傳感器方式進行控制。
[0223]另外，在無傳感器方式中，通過考慮能夠檢測絕對位置的電機10的磁特性，從而能夠提高控制性能。
[0224]另外，在圖47所示的系統中，使用了磁極位置電流值的數據表，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推定機械角。另外，也可以適當地組合磁極位置電感、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推定機械角。
[0225]如上所述，在該電機系統I中，能夠施加頻率從O到數十KHz的三相電壓，能夠計測或者推定施加電壓而產生的三相電流。另外，在該電機系統I中，控制裝置20具有存儲部23，其中以數據表的方式存儲圖45~圖47所示的轉子17的絕對位置與響應電流的振幅、或者轉子17的絕對位置與電感值。
[0226]另外，在該電機系統I中，能夠實現如下算法，即，在檢測絕對位置時，通過施加數十Hz到數十KHz的高頻電壓，獲得響應電流的振幅或者電感值，將這些值與上述數據表(數據表23a、第一、第二數據表23b、23c)比較而求得絕對位置。另外，該電機系統I能夠實現如下算法，即，為了唯一地求得絕對位置而提高檢測精度，在檢測絕對位置時，使用前饋控制或者后饋控制使轉子17旋轉。另外，該電機系統I還能夠實現如下算法，即，在檢測出絕對位置后，使用利用高頻重疊無傳感器方式、電機監測器的無傳感器方式，來推定能夠檢測絕對位置的上述實施方式涉及的電機10的電角度。
[0227]另外，在上述實施方式中，所例示的是，轉子17的磁極數為6、定子16的線圈數為
9、線圈形態為集中繞組的電機。然而，根據說明書的記載內容，本領域技術人員能夠容易知曉，其他磁極數(例如8、10、12等)、其他線圈數(例如6、12、15等)情況下的實施方式。因而，應當認為說明書中所記載的發明也包括這些類似發明。
[0228]下面，通過第二實施方式與第三實施方式，對電機10與電機系統I的實施方式作進一步的說明。
[0229]【第二實施方式】
[0230]圖48為用于說明第二實施方式涉及的電機的縱剖視圖，圖49為示意性表示該電機10的主視圖。另外，圖50為表不電機10的轉子結構的說明圖，圖51A為表不該電機10的定子的示意圖，圖51B為表示該定子結構的說明圖。
[0231]如圖49所示，本實施方式涉及的電機10為轉子17具有永磁鐵18的同步電機。在該電機10中，除了具有由電感的變化產生的磁阻轉矩以外，還具有由永磁鐵18與定子線圈15的吸引力與排斥力產生的磁力轉矩，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磁鐵中任意選擇。
[0233]另外，在電機10中，根據所需的轉速，使U相線圈、V相線圈以及W相線圈中流過具有電角度120度的相位差的正弦波電流，使電機10持續旋轉。
[0234]如下面所說明的，在本實施方式涉及的電機系統I中，具有能夠以較高的精度推定轉子17的旋轉位置的結構。即，例如多個永磁鐵18中的一個停止在對應于V相線圈的位置時，能夠精度較佳地檢測出轉子17的位置，使V相線圈中流過適當的電流。因而，能夠防止例如U相線圈中流動的電流不能產生電機啟動所需的足夠的轉矩造成電機不能啟動這樣的情況發生。并且，采用本實施方式涉及的電機系統1，也不必使用編碼器等傳感器。
[0235]下面對本實施方式涉及的電機系統I與電機10的具體結構進行說明。如圖1所示，電機系統I具有電機10與控制裝置20。
[0236]如圖48所示，在電機10中，在圓筒狀的框架12的前后安裝著軸承架13A、13B，兩個軸承架13A、13B之間通過軸承14A、14B安裝著能夠旋轉的旋轉軸11。圖中，附圖標記Ax表不旋轉軸11的中心、即電機中心軸。
[0237]如圖49所示，在旋轉軸11上以能夠以該旋轉軸為中心旋轉的方式安裝著轉子17，該轉子17具有圓柱狀的轉子鐵芯17a，轉子鐵芯17a的周向上設有多個(此處為8個)永磁鐵18，并且，該轉子17具有凸極性。在轉子17中，在轉子鐵芯17a的周向上隔著間隔配置有8個呈以旋轉軸11的方向為長度方向的矩形的磁鐵槽17d,永磁鐵18形成一個磁極,位于比轉子鐵芯17a的外表面稍稍靠內側的位置。
[0238]并且，在圓筒狀的框架12的內側安裝著定子16，使定子16隔著規定的氣隙19而面對轉子17。另外，轉子鐵芯17a與定子鐵芯16a利用由電磁鋼板構成的層疊鐵芯形成，然而，也可以由鐵等的切削制品形成轉子鐵芯17a。
[0239]如圖49與圖50所示，在轉子17上沿著轉子鐵芯17a的周向形成有半徑長度互不相同的部位。即，沿著轉子鐵芯17a的周向形成多個(此處為8個)由凸部構成的凸極17b，從而形成半徑長度互不相同的部位。圖50中，附圖標記17c表示旋轉軸插孔。
[0240]并且，使各凸極17b向外側突出的突出量互不相同，從而使轉子17的磁特性產生變化。在本實施方式中，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，轉子17具有轉子鐵芯17a的磁特性(凸極性、磁阻、磁導率等)的變化模式為在周向半周的范圍內呈梯度變化的結構。
[0242]另外，在本實施方式中，轉子鐵芯17a的磁特性的變化模式為在周向半周范圍內呈梯度變化，然而，也可以是從突出量最小的凸極部17bl開始，逐漸增大突出量，直至以最大的突出量形成凸極部17b8。S卩，可以是轉子鐵芯17a的磁特性的變化模式為在周向上一個整周范圍內呈梯度變化。
[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構成的多個相(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，附圖標記16c表不定子鐵芯16a的槽部，符號16d表不軛部。
[0244]如圖所示，本實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的一個由一個正的U相線圈15U與隔著該正的U相線圈15U的2個負的U相線圈15U構成。并且，如圖所示，同樣還具有由一個正的V相線圈15V與2個負的V相線圈15V構成的線圈組15a、以及由一個正的W相線圈15W與2個負的W相線圈15W構成的線圈組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(+、一)符號表示電流的方向(線圈的卷繞方向)。
[0246]如此，在本實施方式涉及的電機系統I中，使用的是8極9槽的電機10。在電機10的定子16中，各相的定子線圈15或者由各相構成的線圈組(同相的定子線圈15的組)以機械角120度的間隔配置。
[0247]因此，由它們(各相的定子線圈15或者由各相構成的線圈組)在電角度一周內形成的磁場的分布，不會在機械角一周(360度)中再現。[0248]S卩，由三相構成的各定子線圈15在電角度一周內所形成的磁場的分布模式為，不會在定子鐵芯16a的機械角一周(整周)中重復出現。換言之，由定子線圈15的一個相或者各相的組合在定子16的內周側形成的磁場的分布模式為，在定子鐵芯16a的整周內具有唯一性。再換言之，定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。
[0249]如本實施方式中所述那樣,在多個相(本實施方式中為U相、V相與W相這三相)的定子線圈15、由各相構成的線圈組以120度的間隔配置時，轉子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，磁場的分布為在機械角一周(360度)中不會再現。
[0250]如此，在本實施方式涉及的電機10中，轉子17具有發送機械角信息的功能，定子16具有觀測轉子17的機械角信息的功能。另外，能夠通過定子16得到與轉子17的位置對應的電感，控制裝置20能夠根據該電感求得轉子17的機械角。
[0251]另外，電機系統I所具有的控制裝置20具有轉子控制部21與電感計測部22，其中，轉子控制部21用于對轉子17的旋轉進行控制；電感計測部22用于計測卷繞在定子16上的后述的定子線圈15的電感(圖1)。
[0252]另外，轉子控制部21相當于圖45A、45B以及圖46中的電流控制部26。另外，關于電感計測部22，與使用變頻裝置28、具有高頻發生器的重疊電壓指令部27 (參照圖45A)等的公知的計測裝置相連接，對電機10重疊高頻電壓，從而能夠計測電感。
[0253]另外，控制裝置20具有存儲部23，將表示與轉子的機械角0m對應的電感的基準數據與機械角信息相關聯地存儲在存儲部23中。另外，控制裝置20還具有機械角推定部24，該機械角推定部24根據由電感計測部22所計測到的電感值以及以數據表的方式存儲在存儲部23中的基準數據，對轉子17的初始位置進行推定。
[0254]另外，控制裝置20可以由計算機構成。該計算機沒有圖示，不過，存儲部23可以由ROM、RAM等存儲器構成，轉子控制部21、電感計測部22以及機械角推定部24可以由CPU等構成。并且，在存儲部23中存儲著用于測定電感的運算程序與各種控制程序以及由基準數據構成的數據表等，CPU按照這些程序進行動作，起到對轉子17的機械角進行檢測的單元的作用。
[0255]在本實施方式的電機系統I中，執行計測工序與推定工序，以檢測出轉子17的機械角。另外，在此之前，預先執行存儲處理工序。另外，如果已將基準數據存儲在存儲部23中，未必每次都需要執行存儲處理工序。
[0256]存儲處理工序是指，將表示與轉子17的機械角(有時表示為機械角θπ)對應的電感值L的極值的基準數據，以數據表的方式預先存儲在存儲部23中的工序。作為基準極值的基準數據而言，例如是極值的電感值L與此時的機械角θπ。另外，下面表示的Lm是將電感值L的極值與機械角Θ m相關聯的值。
[0257]計測工序是指，使轉子17從初始位置旋轉規定角度(例如45度)，計測對應于轉子17的位置的定子16的電感的工序。此時，對電感的極大值與極小值進行計測。
[0258]另外，在使轉子17從初始位置旋轉時，使其至少旋轉45度即可。在本實施方式中，使轉子17從初始位置(θπ(1)旋轉機械角45度(θπ(1+π/4)，如圖52所示，就能夠計測電角度180 (半周期)的電感，因而能夠獲得極大值與極小值各一個。[0259]另外，圖52為表示以電角度半周(機械角45度)所表現的電感值的極值的說明圖。在圖52中，I1rait表示從初始位置(Θ m0)旋轉了 Λ Θ ^ext時的極值，I2ext表示從初始位置(θπ。)旋轉了 Λ Q2mext時的極值。
[0260]推定工序是指，將所計測到的電感的實測值與作為對應于轉子17的位置的機械角預先以數據表方式存儲的基準數據相比較、根據比較結果推定作為轉子17的初始位置的絕對位置的工序。另外，在進行推定時，可以使用規定的算式計算轉子17的機械角變化后的位置。
[0261]關于對轉子17的機械角的檢出步驟，下面參照圖53與圖54對計測工序與推定工序的具體工序流程進行說明。圖53為表示本實施方式涉及的推定電機10的機械角步驟的說明圖。另外，圖54為表不相對于該電機10的機械角的電感分布的說明圖,其中，對U軸施加高頻電壓而產生電流，根據電流值計算電感值，以轉子17每旋轉機械角2 π /65 (rad)來將電感值繪制成曲線。另外，圖54所示的情況僅僅是例示，本發明并不限于此。
[0262]在計測工序中，在電機10的電感如圖54所示的形態分布時，如圖53所示，起到控制裝置20的轉子控制部21 (參照圖1)的作用的CPU，首先使轉子17從機械角Θ m0向正向旋轉(步驟SI)。
[0263]然后，CPU使電感計測部22計測此位置處的電感(步驟S2)。并且，判定所計測到的值是否是極值(步驟S3)，在是極值時(步驟S3:是)，將其以與此時的角度相關聯的方式存儲在存儲部23中。即，作為Lm ext、Δ 0m ext存儲起來(步驟S4)。
[0264]另外，在所計測到的值不是極值時(步驟S3:否)，CPU判定轉子17的旋轉位置是否為em(l+45度(步驟S5)。并且 ，在轉子17的旋轉位置不是0m(l+45度時(步驟S5:否)，CPU使處理返回步驟S2。即，在直至轉子17旋轉45度的機械角，執行對電感的計測，檢測出極值。
[0265]并且，在轉子17的旋轉位置達到Θ m0+45度時(步驟S5:是)，CPU使轉子17的旋轉停止(步驟S6)。從而，結束計測工序，進入推定工序。
[0266]在推定工序中，CPU使用規定的評價函數，將作為存儲部23中所存儲的數據表的基準數據的基準極值換算為評價值(步驟S7)。并且，將根據轉子17的旋轉位置到達θ m0+45度前的極值換算得到的評價值全部保存在存儲部23中(步驟S8)。
[0267]并且，CPU從全部評價值中計算出使規定的評價函數為最小時的最小評價值(步驟S9)。并且，之后計算出成為電機10的轉子17的初始位置的機械角θπ(ι (步驟S10)，結束處理。
[0268]并且，計算出成為電機10的轉子17的初始位置的機械角θ-之后，可以由公知的電機控制(不使用編碼器等的電機控制，所謂的無編碼器控制)進行電機10的驅動。
[0269]如此，在本實施方式涉及的電機系統I中，進行無傳感器控制，即，對定子線圈15施加電壓，檢測出電感的變化，從而推定轉子17的絕對位置。因此，不需要編碼器等的傳感器等，能夠減少部件數目，從而能夠實現與此相隨的電機10的小型化等。
[0270]另外，在上述例子中，轉子鐵芯17a的凸極17b向外突出的突出量在半周內呈梯度變化而互不相同，從而，使轉子17的磁特性具有變化，而能夠發出自身的機械角信息。
[0271]然而，為了使轉子17的磁特性產生變化，也可以使轉子鐵芯17a具有例如圖55~圖58所示的結構。[0272]圖55表示變形例一的轉子結構的說明圖，圖56為表示變形例二的轉子結構的說明圖，圖57為表示變形例三的轉子結構的說明圖，圖58為表示變形例四的轉子結構的說明圖。另外，關于和上述實施方式相同的結構要素，在圖55?圖58中也以相同的附圖標記表
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[0273](轉子的變形例一)
[0274]在圖55所示的轉子鐵芯17a中，多個永磁鐵18的間隔量不同。即，沿著轉子鐵芯17a的周向埋設于其中的各永磁鐵18到轉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度的間隔埋設在轉子鐵芯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相對配置并埋設。
[0275](轉子的變形例二)
[0276]另外,在圖56所示的轉子鐵芯17a中，為了設置永磁鐵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度的間隔埋設在轉子鐵芯17a中，在各永磁鐵18的兩端側分別延伸形成有槽17e。具有最長長度Lmax的槽17e所在的永磁鐵18與具有最短長度Lmin的槽17e所在的永磁鐵18相對配置并埋設。
[0278](轉子的變形例三)
[0279]另外，在圖57所示的轉子鐵芯17a中，多個永磁鐵18的大小不相同。其中，8極的永磁鐵18從中心以45度的間隔埋設在轉子鐵芯17a中,最大的永磁鐵18與最小的永磁鐵18相對配置并埋設。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](轉子的變形例四)
[0281]在圖55?圖57中所例示的是，主要使轉子鐵芯17a的磁特性不同的例子，不過，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所示的轉子17使埋設在轉子鐵芯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，其長度對應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8極的永磁鐵18，從中心以45度的間隔按照順時針方向有梯度地埋設在轉子鐵芯17a中。
[0284]因而，使用具有圖58所示的轉子鐵芯17a的轉子17時，在之前的實施方式中，呈圖54所示那樣的人字形分布的電感值變為向右逐漸上升狀的分布。
[0285]在表示上述的轉子17的變形例的圖55?圖58中，附圖標記16e表示與轉子17相對配置的定子16的內周面。
[0286]下面，對定子16的變形例進行說明。即，在上述實施方式中，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個槽(參照圖51A、圖51B)。[0287]然而，定子16也可以形成為圖59A、B以及圖60A、B所示的結構。即，在定子16中，在周向上針對每個相依次卷繞有定子線圈15，在周向上形成有多個分別由不同相的定子線圈15構成的線圈組15a,各線圈組15a的磁場分布模式互不相同。
[0288]圖59A為表不變形例一涉及的定子的不意圖，圖59B為表不該定子結構的說明圖，圖60A為表不變形例二的定子的不意圖，圖60B為表不該定子結構的說明圖。
[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，在多個齒16b之間分別形成有槽16c，由多個U相線圈15U、V相線圈15V以及W相線圈15W構成的定子線圈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的一個由U相線圈 15U (U+1)、V 相線圈 15V (V+1)、W 相線圈 15W (W+1)構成。
[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的磁場的分布模式互不相同，使磁場的分布模式為在整周中具有一次性(唯一性)。
[0294]即，在一個線圈組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相的線圈匝數有選擇地不同，使各線圈組15a的磁場的分布模式互不相同，使磁場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的多少。
[0297]即，如圖所示，在一個線圈組15a中，U相、V相以及W相的各線圈的匝數一樣，但是，在另一個線圈組15a中，U相線圈15U (U+1)的匝數比其他相(V相:V+1、W相:W+1)多。另外，在此外的另一個線圈組15a中，V相線圈15V (V+2)的匝數比其他相(W相:W+2、U相:U+2)多，另外，在又一個線圈組15a中，W相線圈15W (W+3)的匝數比其他相(U相:U+3、V相:V+3)多。
[0298](第二實施方式的變形例)
[0299]如上所述，采用本實施方式，在使電機10啟動時，首先，直接檢測出作為轉子17的初始位置的機械角θπ(ι。但是，例如也可以設置機械角檢測模式開關這樣的檢測機構，例如由開關來切換通常運轉時的模式與進行機械角檢測處理的啟動時的模式。
[0300]即，將定子16構成為，針對U相、V相以及W相的每一個，在定子鐵芯16a上卷繞安裝有通常運轉時所使用的第一定子線圈151、與進行機械角檢測處理時所使用的第二定子線圈152，對第一定子線圈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，定子16在內周側形成的磁場的分布在整周中不會重復，S卩，形成在整周范圍內具有一次性(唯一性)的磁場的分布。
[0301]作為該結構的例子，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明圖，圖62為表示第二定子線圈的接線方式的說明圖。
[0302]例如，電機10為8極12槽的電機，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被分別串聯連接的第一定子線圈151c。
[0303]并且，對于第一定子線圈151a而言，能夠通過定子線圈切換開關SW (下面簡稱為“開關SW”)在由U+1、U+2、U+3、U+4的定子線圈15構成的第一定子線圈151a、與僅由U+1的定子線圈15構成的第二定子線圈152a之間進行切換。同樣,對于第一定子線圈151b而言，能夠通過開關SW在由V+l、V+2、V+3、V+4的定子線圈15構成的第一定子線圈151b、與僅由V+1的定子線圈15構成的第二定子線圈152b之間進行切換。同樣，對于第一定子線圈151c而言，能夠通過開關SW在由W+l、W+2、W+3、W+4的定子線圈15構成的第一定子線圈151c、與僅由W+1的定子線圈15構成的第二定子線圈152c之間進行切換。
[0304]即，在本實施方式中，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所形成的磁場在整周范圍內具有均一的分布，并且，磁場的分布模式也一樣。然而，將開關SW切換為圖62所不的狀態時,對于第一定子線圈151a而言，多個定子線圈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，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,開關SW被切換時，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構成的第二定子線圈152b、152c被通電。此時所形成的磁場的分布模式為一次性的分布模式，在定子鐵芯16a的整周范圍內具有唯一性。S卩，在切換為向第二定子線圈152通電時，由三相(U+1、V+1、W+1)的定子線圈15所形成的磁場的分布模式為在定子鐵芯16a的整周范圍內不會重復出現。
[0308]如此，采用本實施方式，構成了定子線圈15能夠在兩個狀態之間切換的電機10，這兩個狀態例如是，通常運轉時被選擇的、由第一定子線圈151構成定子線圈15的狀態、以及在進行機械角檢測處理時被選擇的、由第二定子線圈152構成定子線圈15的狀態。
[0309]并且，即使采用這樣的結構，與之前的實施方式相同，也能夠實現能夠推定轉子17的絕對機械角的電機10以及電機系統I。
[0310]并且，在本實施方式的電機10與電機系統I中，在進行通常驅動時，定子線圈15的卷繞狀態為現有技術中所廣泛采用的集中繞組的狀態。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由該第一定子線圈151所形成的磁場的分布，在機械角一周的范圍內重復出現。因而，能夠使轉子17順暢地旋轉。
[0311](第三實施方式)[0312]圖63為用于說明本實施方式涉及的電機的縱剖視圖，圖64為示意性地表示電機的結構的主視圖。另外，圖65為表不電機的轉子結構的說明圖，圖66A為表不該電機的定子的示意圖，圖66B為表示該定子的結構的說明圖。
[0313]如圖64所示，本實施方式涉及的電機10為在轉子17的表面上安裝著永磁鐵18的同步電機。作為永磁鐵18，可以從欽磁鐵、衫鉆磁鐵、鐵氧體磁鐵、招鐵鎮鉆磁鐵等燒結磁鐵中任意選擇。
[0314]另外，在電機10中，根據所需的轉速，使U相線圈、V相線圈以及W相線圈中流過具有電角度120度的相位差的正弦波電流，使電機10持續旋轉。
[0315]如下面所說明的，在本實施方式涉及的電機系統I中，具有能夠以較高的精度推定轉子17的旋轉位置的結構。例如多個永磁鐵18中的一個例如停止在對應于V相線圈的位置時，能夠精度較佳地檢測出轉子17的位置，使V相線圈中流過適當的電流。因而，能夠防止V相線圈以外的例如U相線圈中流動的電流不能產生電機啟動所需的足夠的轉矩造成電機不能啟動這樣的情況發生。并且，采用本實施方式涉及的電機系統1，也不必使用編碼器等傳感器。
[0316]下面對本實施方式涉及的電機系統I與電機10的具體結構進行說明。如圖1所示，電機系統I具有電機10與控制裝置20。
[0317]如圖63所示，在電機10中，在圓筒狀的框架12的前后安裝著軸承架13A、13B，兩個軸承架13A、13B之間通過軸承14A、14B安裝著能夠旋轉的旋轉軸11。圖中，附圖標記Ax表不旋轉軸11的軸心(中心)、即電機中心軸。
[0318]如圖64所示，在旋轉軸11上以能夠以該旋轉軸為中心旋轉的方式安裝著轉子17，該轉子17具有圓柱狀的轉子鐵芯17a，在轉子鐵芯17a的周面上沿周向隔開規定間隔設有多個(此處為6個)永磁鐵18a?18f。
[0319]并且,在圓筒狀的框架12的內側安裝著定子16,使定子16隔著規定的氣隙19而面對轉子17。另外，轉子鐵芯17a與定子鐵芯16a利用由電磁鋼板構成的層疊鐵芯形成，然而，也可以由鐵等的切削制品形成轉子鐵芯17a。
[0320]在本實施方式涉及的電機10的轉子17在結構上具有其特征。如圖64以及圖65所示，轉子鐵芯17a的物理軸線RO相對于旋轉軸11的軸心Ax被偏置。
[0321]S卩，通過使轉子鐵芯17a的物理軸線RO錯開旋轉軸11，從而使轉子鐵芯17a的磁中心相對于旋轉軸11的軸心Ax偏心,使轉子17a的外周面與定子鐵芯16a的內周面之間的間隔19a在周向上無梯度地變化。從而，轉子鐵芯17a的磁特性的變化模式為在周向一周或半周的范圍內無梯度地變化。圖65中，附圖標記17c表示旋轉軸插孔。
[0322]另外，配置在轉子鐵芯17a的表面上的6個永磁鐵18a?18f的外周面與定子鐵芯16a的內周面16e之間的間隔19b恒定不變。因此,各永磁鐵18a?18f在徑向上的長度被設定為，與從旋轉軸11的軸心Ax到各永磁鐵18a?18f的外周面的在徑向上的長度相同。
[0323]此處，將從旋轉軸11的軸心Ax到永磁鐵18的周向的中心位置處的內周面的長度記為H，將第一永磁鐵18a處的長度Hl與第二、第三、第四永磁鐵18b?18d處的長度H2?H4進行比較。另外，如果不考慮永磁鐵18與轉子鐵芯17a之間的粘接層等時，長度H與從旋轉軸11的軸心Ax到安裝永磁鐵18的轉子鐵芯17a的外周面的長度相同。[0324]在本實施方式涉及的轉子17的轉子鐵芯17a中，長度Hl為最短，向其相反側延伸的長度H4最長。S卩，從長度Hl到長度H2、H3、H4逐漸增大，從長度H4到長度H5、H6、H1逐漸減小。
[0325]并且，如上所述，由于6個永磁鐵18a?18f的外周面與定子鐵芯16a的內周面之間的間隔1%恒定不變，因而第一永磁鐵18a的徑向上的長度即磁鐵厚度tl為最大，關于第二、第三、第四永磁鐵18b?18d，其磁鐵厚度t2?t4逐漸變薄。
[0326]另外，本實施方式中的永磁鐵18的外周面形成為弧面狀，因而，在一個永磁鐵18中，其磁鐵厚度t從一端向另一端逐漸變化。
[0327]本實施方式涉及的電機10的轉子17具有上述的結構，使轉子鐵芯17a的磁中心相對于旋轉軸11的軸心Ax偏心，從而，轉子鐵芯17a的磁特性(凸極性、磁阻、磁導率等)的變化模式為在周向半周的范圍內無梯度且平滑地變化。
[0328]在本實施方式涉及的轉子17中，具有上述結構，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，但為了避免反磁場造成的消磁以及高溫造成的消磁，優選使第一?第六永磁鐵18a?18f的磁性動作點大致相同。另外，可以改變材料的密度，使得雖然尺寸不同，但是能夠適當地分配各永磁鐵18的重量，從而使轉子17的旋轉平衡性均衡，使轉子17能夠順暢地旋轉。
[0329]另外，在尺寸、重量不相同的第一?第六永磁鐵18a?18f中，從旋轉軸11的軸心Ax到作為向轉子鐵芯17a安裝的安裝面的內周面的長度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，可以根據離心力的大小適當地改變對轉子鐵芯17a的保持力，從而使永磁鐵18不會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構成的多個相(U相、V相以及W相)。另外，如圖所示，在本實施方式中，在以U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W為一組的三個線圈組15a之間，使U相、V相以及W相的線圈匝數有選擇地不同，使各線圈組15a的磁場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的多少。另外,在圖66B中，附圖標記16c表不定子鐵芯16a的槽部,符號16d表不軛部。
[0331]如圖所示，本實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的一個由比其他的定子線圈15的匝數多的U+1相線圈15U、V+1相線圈15V、W+1相線圈15W構成。并且，同樣地，還具有，由U+2相線圈15U、比其他的定子線圈15的匝數多的V+2相線圈15V、W+2相線圈15W構成的線圈組15a、以及由三相的匝數均相同的U+3相線圈15U、V+3相線圈15V、W+3相線圈15W構成的線圈組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，對于三相的匝數均相同的線圈組15a，例如也可以構成為與其他線圈組15a相同，使W+3相線圈15W比其他的定子線圈15的匝數多。
[0333]如此，在本實施方式涉及的電機系統I中，使用的是6極9槽的電機10。在電機10的定子16中，由匝數不同的相組合而成的各相所構成的三個線圈組15a以機械角120度的間隔配置。
[0334]因此，由分別以匝數的不同所區分的三種線圈組15a、15a、15a在電角度一周內形成的磁場的分布，不會在機械角一周(360度)中再現。
[0335]S卩，由三相構成的各定子線圈15在電角度一周內所形成的磁場的分布模式，不會在定子鐵芯16a的機械角一周(整周)中重復。換言之，由定子線圈15的一個相或者各相的組合在定子16的內周側形成的磁場的分布模式，在定子鐵芯16a的整周內具有唯一性。再換言之，定子16所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。
[0336]如本實施方式中所述那樣，在多個相(本實施方式中為U相、V相與W相這三相)的定子線圈15、由各相構成的線圈組，以120度的間隔配置時，轉子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，磁場的分布為在機械角一周(360度)中不會再現。
[0337]如此，在本實施方式涉及的電機10中，轉子17具有發送機械角信息的功能，定子16具有觀測轉子17的機械角信息的功能。另外，能夠通過定子16得到與轉子17的位置對應的電感，控制裝置20能夠根據該電感求得轉子17的機械角。
[0338]但是，為了使轉子鐵芯17a的磁中心相對于旋轉軸11的軸心Ax偏心，不僅可以使轉子鐵芯17a的物理軸線RO偏離旋轉軸11的軸心Ax配置，也可以由轉子鐵芯17a的導磁率在周向上的變化而形成。
[0339]旋轉軸11的軸心Ax是轉子鐵芯17a的幾何中心，相對于此，在本實施方式中，轉子鐵芯17a的磁中心是指，作為磁場的轉子17與作為電氣元件的定子16相互作用時磁性變化的中心。通常,磁中心與幾何中心是一致的。這里,使轉子鐵芯17a的磁中心偏心是為了使轉子鐵芯17a的磁特性的變化模式在其周向一周或者半周的范圍內無梯度地變化，因而，未必只通過物理加工來實現。例如，也可以使導磁率不同的材料在周向上連續相接合而形成圓形的轉子鐵芯17a。
[0340]另外，電機系統I所具有的控制裝置20具有轉子控制部21與電感計測部22，其中，轉子控制部21用于對轉子17的旋轉進行控制；電感計測部22用于計測卷繞安裝在定子16上的后述的定子線圈15的電感(圖1)。
[0341]另外，關于電感計測部22，與使用此處省略圖示的變頻裝置28、具有高頻發生器的重疊電壓指令部27 (參照圖45)等的公知的計測裝置相連接，對電機10重疊高頻電壓，從而能夠計測電感。
[0342]另外，控制裝置20具有存儲部23，將表示與轉子17的機械角(有時也表記為機械角em)對應的電感的基準數據與機械角信息相關聯地存儲在存儲部23中。另外，控制裝置20還具有機械角推定部24，該機械角推定部24根據由電感計測部22所計測到的電感值以及以數據表的方式存儲在存儲部23中的基準數據，對轉子17的初始位置進行推定。
[0343]控制裝置20可以由計算機構成。該計算機沒有圖示，不過，存儲部23可以由ROM、RAM等存儲器構成，轉子控制部21、電感計測部22以及機械角推定部24可以由CPU等構成。并且，在存儲部23中存儲著用于測定電感的運算程序與各種控制程序以及由基準數據構成的數據表等，CPU按照這些程序進行動作，起到對轉子17的機械角進行檢測的單元的作用。[0344]在本實施方式的電機系統I中，執行計測處理與推定處理，以檢測出轉子17的機械角。另外，在此之前，預先執行作為前段工序的存儲處理工序。另外，如果已將基準數據存儲在存儲部23中，未必每次都需要執行存儲處理工序。
[0345]存儲處理工序是指，將表示針對每個機械角θ m的電感值L的基準數據，以數據表的方式預先存儲在存儲部23中的工序，其中，機械角Θ m對應于轉子17的基準位置。
[0346]計測處理與推定處理是實際啟動電機10時進行的處理，在計測工序中，對轉子17施加高頻電壓，計測對應于轉子17的位置的定子16的電感。
[0347]在推定處理中，將所計測到的電感的實測值與作為對應于轉子17的位置的機械角預先以數據表方式存儲的基準數據相比較、根據比較結果推定作為轉子17的初始位置的絕對位置。
[0348]在此，關于對轉子17的機械角的推定步驟，下面參照圖67與圖68進行說明。圖67為表不實施方式涉及的電機10的機械角的推定步驟的說明圖。另外，圖68為表不相對于該電機10的機械角的電感分布的說明圖。其中，得到在轉子17從多個基準位置旋轉機械角Gni時施加高頻電壓而產生的電流值，根據此時的電流值計算電感值L，以轉子17每旋轉機械角2π/9 (rad)來將電感值繪制成曲線。另外，作為電感值L，設為各相的電角度一周期(2 Ji )中的最大值。
[0349]如圖67所示，CPU對電機10施加高頻電壓，使電感計測部22計測轉子17位于規定位置時的電感(步驟SI)。然后，將所測定的電感值存儲在存儲部23中(步驟S2)。這樣結束計測處理。
[0350]之后，CPU將存儲部23中存儲的計測值與預先存儲在存儲部23中的數據表的基準數據相比較，根據與作為計測值的電感值L的分布進行對照的基準數據，來推定表示轉子17的絕對位置的機械角θπ(ι (步`驟S3)，結束推定處理。另外，在進行上述比較時，可以考慮數據的曲線所形成的圖表中的斜率等。
[0351]如此，在本實施方式涉及的電機10中，電感值L的分布波形因轉子17的機械位置的不同而不同，因而，能夠容易地根據實際測定的電感值L推定轉子17的絕對位置。
[0352]并且，在推定完成作為電機10的轉子17的初始位置的機械角Θ _后，通過公知的電機控制方式對電機10進行驅動。
[0353]如此，在本實施方式涉及的電機系統I中，進行無傳感器控制，即，對定子線圈15施加電壓，檢測出電感值L的變化，從而推定轉子17的絕對位置。因此，不需要編碼器等的傳感器等，能夠減少部件數目，從而能夠實現與此相隨的電機10的小型化等。
[0354]另外，上述實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(參照圖66A與圖66B)。
[0355]然而，定子16也可以構成為圖69A、69B以及圖70A、70B所示的12槽結構。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構成線圈組15a，在周向上具有多個線圈組15a，各線圈組15a的磁場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為表不該定子的結構的說明圖，圖70A為表不變形例二的定子的不意圖，圖70B為表不該定子的結構的說明圖。
[0357](定子的變形例一)
[0358]如圖69A與圖69B所示，也可在四個線圈組15a之間，使U相、V相以及W相的線圈匝數有選擇地不同，使各線圈組15a的磁場的分布模式互不相同，從而使磁場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的多少。
[0359]S卩，如圖所示，在一個線圈組15a中，U相、V相以及W相的各線圈的匝數一樣，但是，在另一個線圈組15a中，U相線圈15U (U+1)的匝數比其他相(V相:V+1、W相:W+1)多。另外，在此外的另一個線圈組15a中，V相線圈15V (V+2)的匝數比其他相(W相:W+2、U相:U+2)多，另外，在又一個線圈組15a中，W相線圈15W (W+3)的匝數比其他相(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，在多個齒16b之間分別形成有槽16c，由多個U相線圈15U、V相線圈15V以及W相線圈15W構成的定子線圈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的一個由U相線圈 15U (U+1)、V 相線圈 15V (V+1)、W 相線圈 15W (W+1)構成。
[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的磁場的分布模式互不相同，使磁場的分布模式為在整周中具有一次性(唯一性)。
[0365]即，在一個線圈組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](其他實施方式)
[0367]如上所述，采用本實施方式，在使電機10啟動時，直接檢測出作為轉子17的初始位置的機械角θπ(ι。但是，例如也可以設置機械角檢測模式開關這樣的檢測機構，由開關來切換啟動時的模式與通常運轉時的模式。
[0368]S卩，將定子16構成為，針對U相、V相以及W相的每一個，在定子鐵芯16a上卷繞安裝有通常運轉時所使用的第一定子線圈151、與啟動時所使用的第二定子線圈152，對第一定子線圈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，定子16在內周側形成的磁場的分布在整周中不會重復，S卩，形成在整周范圍內具有一次性的磁場的分布。
[0369]作為該結構的例子，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明圖，圖71B為表示第二定子線圈的接線方式的說明圖。
[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被分別串聯連接而形成的線圈組構成。同樣地，定子16還具有由V+l、V+2、V+3的定子線圈15被分別串聯連接而形成的線圈組構成的第一定子線圈151b、以及由W+l、W+2、W+3的定子線圈15被分別串聯連接而形成的線圈組構成的第一定子線圈151c。
[0371]并且，能夠通過定子線圈切換開關SW (下面簡稱為“開關SW”)在由U+l、U+2、U+3這三個定子線圈15全部串聯連接而構成的第一定子線圈151a、與僅由U+1的定子線圈15構成的第二定子線圈152a之間進行切換。同樣，能夠通過開關SW在由V+l、V+2、V+3的定子線圈15全部串聯連接而構成的第一定子線圈151b、與僅由V+1的定子線圈15構成的第二定子線圈152b之間進行切換。另外，同樣地，能夠通過開關SW在由W+l、W+2、W+3的定子線圈15全部串聯連接而構成的第一定子線圈151c、與僅由W+1的定子線圈15構成的第二定子線圈152c之間進行切換。
[0372]即，在本實施方式中，構成為，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所形成的磁場在整周范圍內具有均一的分布，并且，磁場的分布模式也一樣。然而，將三個線圈組的開關SW切換為圖71B所示的狀態時，對于第一定子線圈151a而言，多個定子線圈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構成的第二定子線圈152a被通電。
[0374]同樣地，開關SW被切換時，在另一個第一定子線圈151b中，僅僅是只由V+1的定子線圈15構成的第二定子線圈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，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]與上述的實施方式相同，在開關SW被切換時，由三個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所形成的磁場的分布模式為，在定子鐵芯16a的整周中不會重復。換言之，各相的定子線圈15或者由各相構成的線圈組(同相的定子線圈15的組)以機械角120度的間隔配置。
[0376]另外，在本例中，開關SW被切換時，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，采用本實施方式，構成了定子線圈15能夠在兩個狀態之間切換的電機10，這兩個狀態例如是，通常運轉時被選擇的由第一定子線圈151構成定子線圈15的狀態、以及在啟動時被選擇的由第二定子線圈152構成定子線圈15的狀態。
[0378]并且，即使采用這樣的結構，與之前的實施方式相同，也能夠實現能夠推定作為轉子17的絕對機械角的電機10以及電機系統I。
[0379]并且，在本實施方式的電機10與電機系統I中，在進行通常驅動時，定子線圈15的卷繞狀態為現有技術中所廣泛采用的集中繞組的狀態。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由該第一定子線圈151所形成的磁場的分布，在機械角一周的范圍內重復出現。即，電感的變化也都變得一樣，能夠降低轉子17的齒槽效應等，使轉子17順暢地旋轉。[0380]作為具有這樣的開關SW的結構，也可以構成為圖72A、72B以及圖73A、73B所示的結構。
[0381](變形例一)
[0382]S卩，例如為8極9槽的電機10時，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被分別串聯連接而形成的線圈組構成。同樣地，定子16還具有由V-l、V+l、V-2的定子線圈15被分別串聯連接而形成的線圈組構成的第一定子線圈151b、以及由W-l、W+1、W-2的定子線圈15被分別串聯連接而形成的線圈組構成的第一定子線圈151c。
[0383]并且，通常，如圖72A所示，通過開關SW進行連接，從而能夠使三個線圈組全部被通電，然而，在切換開關SW時，能夠切換為圖72B所示的通電狀態。
[0384]S卩，除了 U-1、U+1、U_2這三個定子線圈15被分別串聯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被分別串聯連接而形成的線圈組呈開路狀態。
[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)構成，由定子線圈15形成的磁場的分布模式為在整周中仍然具有唯一性。
[0386]另外，當然也可以是，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)構成。
[0387](變形例二)
[0388]另外，例如為10極12槽的電機10時，也可以構成為圖73A、73B所示的結構。
[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被分別串聯連接而形成的線圈組構成。同樣地，定子16還具有由V+l、V-l、V-2、V+2的定子線圈15被分別串聯連接而形成的線圈組構成的第一定子線圈151b、以及由W+l、W-l、W-2、W+2的定子線圈15被分別串聯連接而形成的線圈組構成的第一定子線圈151c。
[0390]并且，通常，如圖73A所示，通過開關SW進行連接，從而能夠使三個線圈組全部被通電，然而，在切換開關SW時，能夠切換為圖73B所示的通電狀態。
[0391]S卩，在U+1、U-1、U-2、U+2這四個定子線圈15被串聯連接而形成的線圈組中，僅U+1、U-1這兩個定子線圈15被通電，其他都呈開路狀態。
[0392]另外，在此例中，作為第二定子線圈152，其僅由兩個定子線圈15 (U相:U+1、U_1)構成，由定子線圈15形成的磁場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，兩個定子線圈15僅由V相(V+l> V-l)構成，或者僅由W相(W+1、W-1)構成。
[0394]上面通過實施方式與變形例對本發明進行了說明，然而，可以適當地設定電機10的種類、電機10的極數以及槽數等。
[0395]上述實施方式所具有的效果與變形例是本領域技術人員容易得出的。因此，本發明具有更廣的范圍，并不限于上述特定的詳細方式以及具有代表性的實施例。因而，在不脫離權利要求書及其同等范圍所概括出的發明的精神或者范圍內，可以進行各種變更。
[0396]附圖標記說明
[0397]1、電機系統；10、電機；15、定子線圈；15a、線圈組；16、定子；16a、定子鐵芯；17、轉子；17a、轉子鐵芯；18、永磁鐵；20、控制裝置；21、轉子控制部；22、電感計測部；23、存儲部；24、機械角推定部。
【權利要求】
1.一種電機，其特征在于， 具有轉子與定子， 所述轉子具有轉子鐵芯，在所述轉子鐵芯上設有多個永磁鐵， 所述定子隔著規定的氣隙與所述轉子相對配置，所述定子具有定子鐵芯，在該定子鐵芯上卷繞安裝有多個相的定子線圈， 所述轉子的結構為，所述轉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， 所述定子的結構為，由一個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的分布模式為在整周中具有唯一性。
2.根據權利要求1所述的電機，其特征在于， 所述定子的結構為，該定子所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。
3.根據權利要求1或2所述的電機，其特征在于， 所述轉子的結構為，所述轉子面對所述氣隙的表面上的磁極總數為四個以上，該轉子所產生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機械角360度為一個周期的磁通密度成分。
4.根據權利要求1、2或3所述的電機，其特征在于， 所述轉子具有凸極性。
5.根據權利要求1~4中任一項所述的電機,其特征在于， 所述多個永磁鐵中的各永磁鐵的磁通密度互不相同，由此改變所述轉子的磁特性。
6.根據權利要求5所述的電機，其特征在于， 在所述轉子鐵芯上沿著周向形成半徑長度互不相同的部位，由此改變所述轉子的磁特性。
7.根據權利要求5或6所述的電機，其特征在于， 在所述轉子鐵芯中沿著周向埋設有所述多個永磁鐵，各所述永磁鐵距離轉子鐵芯周緣的間隔深度互不相同，由此改變所述轉子的磁特性。
8.根據權利要求5、6或7所述的電機，其特征在于， 在所述轉子鐵芯中，所述多個永磁鐵的大小或者形狀各不相同，由此改變所述轉子的磁特性。
9.根據權利要求5~8中任一項所述的電機,其特征在于， 所述轉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，各槽的長度或者形狀不相同，由此改變所述轉子的磁特性。
10.根據權利要求1~9中任一項所述的電機,其特征在于， 在所述定子鐵芯中，沿周向針對每個相依次卷繞安裝有所述定子線圈，在周向上形成多個分別由不同的相的定子線圈構成的線圈組， 各所述線圈組的磁場的分布模式互不相同。
11.根據權利要求1、2或3所述的電機，其特征在于， 所述轉子鐵芯的磁中心相對于旋轉軸的軸心偏心。
12.根據權利要求11所述的電機，其特征在于， 所述磁中心的偏心由所述轉子鐵芯的物理軸線錯開所述旋轉軸而形成，所述轉子鐵芯的外周面與所述定子鐵芯的內周面之間的間隔在周向上無梯度地變化。
13.根據權利要求11或12所述的電機，其特征在于， 所述各永磁鐵的在徑向上的長度設定為，從所述旋轉軸的中心到所述各永磁鐵的外周面的徑向上的長度相同。
14.根據權利要求11所述的電機，其特征在于， 所述磁中心的偏心由所述轉子鐵芯的磁導率在周向上的變化而形成。
15.根據權利要求11~14中任一項所述的電機,其特征在于， 所述定子鐵芯的內周面在截面上大致呈橢圓形。
16.根據權利要求11~15中任一項所述的電機,其特征在于， 在所述定子鐵芯中，沿周向針對每個相依次卷繞安裝有所述定子線圈，在周向上形成多個分別是由不同的相的定子線圈構成的線圈組， 由所述多個相的定子線圈所形成的所述各線圈組的磁場的分布模式為在整周中具有唯一性。
17.—種電機系統,其特征在于， 具有權利要求1~16中任一項所述的電機以及對所述電機進行控制的控制裝置， 所述控制裝置具有: 轉子控制部，其用于控制所述轉子的旋轉； 電感計測部，其用于計測所述定子線圈的電感； 存儲部，其將表示與所述轉子的機械角對應的電感的基準數據以與所述機械角的信息相關聯的方式存儲起來；以及 機械角推定部，其根據由所述電感計測部計測出的電感的值與所述存儲部中存儲的基準數據來推定所述轉子的機械角。
【文檔編號】H02K1/22GK103891112SQ201280052098
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年9月4日 優先權日:2011年11月14日
【發明者】村上宗司, 大戶基道, 豬又健太朗, 井手耕三, 森本進也 申請人:株式會社安川電機