凸極式單相電動機及凸極式單相電動機系統的製作方法

2024-02-11 21:41:15

專利名稱：凸極式單相電動機及凸極式單相電動機系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種凸極式電動機(Claw—pole type motor)。
技術背景作為提高汽車的燃料燃燒效率的對策，可以舉出第一方面是停止空轉 (idle stop)，第二方面是將旋轉電機用於車輛驅動的混合動力(hybrid) 化等，都在進行實用化。為了使用這些系統，如果停止空轉，在停止時發 動機停止，所以重新需要泵的驅動源。另外，在混合動力車中，除了上述 的停止空轉外，為了冷卻驅動用電動機或起動發電機(starter generator) 及其控制裝置，還需要水泵，作為其驅動源，大多傾向使用電動機的電動 泵。作為其代表性的例子，日本特開2003—3289S6號公報中公開了使用 三相無電刷電動機(brushless motor)的水泵(water pump)的例子。另外，在日本特開2006—20459號公報、日本特開2006—14575號公報中公開了一般的單相電動機的構造。一方面，單相電動機價格低，另一方面由於原理上電角度一個循環內 發生二次轉矩脈動，所以有噪音振動大的缺點。使用於這些用途的電動機， 由於配置在車輛的乘客室內、發動機室內，所以特別需要低噪音。在曰本 特開2004—88870號公報公開了這種單相永久磁鐵電動機的代表性的控制 例。另外，使用霍爾元件(hall device)檢測磁極位置時，由於其溫度限 制，所以有限定了在發動機室內的使用額定值的缺點。在日本特開平7— 63232號公報公開了一種解決該問題的單相電動機的無傳感器控制方法。日特開2003 — 328986號公報所公開的水泵的驅動電動機構造，是
永久磁鐵轉子在纏繞了定子繞組的層疊定子鐵心中旋轉的形式的三相電 動機結構。除了在定子鐵心內收容電動機的軸長的所謂對產生轉矩有用的部分以外，還需要定子鐵心外的稱為線圈尾端(coil end)的部分，所以有 軸方向的長度變長的課題。另外，在製造方法中，由於由薄鐵板衝裁成定 子形狀，進行層疊，在該定子繞組收容部纏繞繞組，所以第l方面有定子 鐵心坯料的拋棄部分多、利用率差、不順應低價格化的問題，第2方面由 於纏繞在定子鐵心的線圈收容部，所以不能得到足夠的佔空因數(繞組面 積/繞組收容面積)，因而有阻礙小型化、高效率化的問題，第3方面存在 對上述的轉矩產生不起作用的線圈尾端，因此存在有損於高效率化、小型 輕量化、低價格化的課題。
還有，作為這些機器的收容部分的發動機室內，由於搭載各種零件， 所以是混雜的空間，特別是近幾年來由於混合化，高功能化等，搭載零件 數量飛躍增加，所以其收容的零件比其他室內收容的零件更傾向於要求小 型輕量化。
此外，作為一般的單相電動機己公開的日本特開2006—20459號公報、 日本特開2006—14575號公報的結構，其構造是定子突極和永久磁鐵極數 一致的單相電動機，所以也有上述同樣的課題。
另外，在作為轉矩脈動的代表性的控制的公開例的日本特開2004 — 88870號公報的控制法中，用簡單的結構就有某種程度降低轉矩脈動 (torqueripple)的效果。可是，對於轉速變化的情況、負荷變化的情況和溫度變化的情況等無 法充分對應，有發生轉矩脈動，產生振動、噪音的課題。
在日本特開平7—63232號公報公開的單相電動機的無傳感器控制中， 在單相永久磁鐵電動機的正負感應電壓的轉換點附近，設置通電停止期 間，在繞組間產生感應電壓，通過判別其電壓正負來檢測轉子的位置(施 加電壓的轉換點)。
因此，可簡單地完成無傳感器運轉，另一方面由於設置向繞組上基本 輸出感應電壓的電流休止期間，從而引起效率降低，脈動轉矩增加，因此 有造成電動機噪音振動大的問題。

發明內容
提供一種凸極式單相電動機，其具有由凸極狀定子鐵心和纏繞成圓環 狀的單相定子繞組構成的定子、和具有交替極性的轉子，其特徵是在上述 定子鐵心爪部的空隙面上設有凹部或突起。
發明效果
根據本發明，就能提供小型輕量，低價格、低噪音、低振動的凸極式 單相電動機。


圖1表示本發明的凸極式單相電動機的一個實施例。圖2A、圖2B表示本發明的凸極式單相電動機的一個實施例的構造。 圖3A、圖3B表示本發明其他的凸極式單相電動機的一個實施例的構造。圖4表示本發明的凸極式單相電動機的脈動轉矩校正電路結構。圖5表示本發明一個實施例的動作說明圖。圖6表示本發明的凸極式單相電動機的無位置傳感器電路結構。圖中-l一凸極式單相電動機；2—定子；3—轉子；4、 4a、 4b—定子鐵心； 5 —定子繞組；6 —永久磁鐵；7 —轉子鐵心；8 —軸；8a—滑動軸承；9一 殼體；IO —端託架(end bracket) ; 11 —軸承；12—位置檢測器；13—變 換器；14一角度變換部；15 —速度控制裝置；16 —變換器輸出機構；17 — 電流傳感器；18 —齒槽轉矩信息；19一感應電壓信息；20 —脈動轉矩算出 機構；21—繞組電阻信息；22 —繞組電感信息；23 —感應電壓運算機構； 24、 25—控制電路；41一定子鐵心的軛部；42 —定子鐵心的側面磁路；43 一定子鐵心的爪部；44 —定子鐵心的凹部；45 —定子鐵心的周方向端部； Edc—直流電源。
具體實施例方式
以下用圖l、圖2A、圖2B,說明本發明對象的一個實施方式的具有 由凸極狀的定子鐵心和纏繞成圓環(toroidal)狀的定子繞組構成的定子、
以及具有永久磁鐵的轉子的凸極式單相電動機結構。在圖中，凸極式單相電動機l由定子2和轉子3構成。轉子3由永久 磁鐵6和轉子鐵心7構成，該轉子鐵心7構成磁迴路，並且具有通過軸8 向外部、例如泵等傳遞動力的作用。另一方面，定子2由定子鐵心4和定子繞組5構成。這裡，定子鐵心 4由2個形狀大致相同的定子鐵心4a、 4b (爪形磁極)構成，如圖所示那 樣，在中心配置纏繞成圓環狀的定子繞組5。在電源電壓是低電壓的情況 下(一般，汽車在12V的低壓下使用)，直接配置在定子繞組5和定子鐵 心4之間，對於混合動力車等電源電壓是高電壓的情況下需要配置絕緣物。在圖示中，表示了電動機的單獨結構，但也可以在驅動電動機的軸方 向端部一體地配置變換器等控制裝置，這時作為電動泵能形成更緊湊的結 構。另外，作為無刷電動機的驅動，也能用位置檢測器12檢測轉子3的 永久磁鐵6的漏磁通，通過調節向定子繞組5通電的電流的時刻而縮短起 動時間。而且，定子鐵心4和定子繞組5被收容在殼體9內，殼體9是由軸方 向兩端的端託架10、軸承11支撐轉子3而使其能夠旋轉的結構。 圖2A、圖2B表示圖l所示的凸極式單相電動機的各結構。 圖2A表示定子的主要部分，圖2B表示剖面主視圖。 這裡，磁迴路採用從永久磁鐵6的一個磁極隔著空隙，通過一個定子 鐵心4a的爪部43，通過側面磁路42和軛部41，再通過另一個定子鐵心 4b的軛部41、側面磁路42、爪部43、空隙，到鄰近的不同的永久磁鐵磁 極的磁路。在圖中，構成凸極式電動機的定子鐵心4a、 4b形成從軸方向兩側如 圖示那樣保持呈圓環狀纏繞的定子繞組5的結構。這裡，定子鐵心4的爪 部的前端形狀也可以是與軸方向相平行，並且也可以如圖示那樣少許傾斜 (扭斜)，通過使其扭斜，能使定子繞組5感應的電壓接近於希望的轉矩 脈動少的形狀。另外，在定子鐵心爪部的轉子反旋轉方向(這裡是指沿順時針方向旋 轉的方向)側的空隙面設置凹部44。由此能發生有效的齒槽轉矩，在通過 流經定子繞組5的電流和永久磁鐵轉子3的磁通產生的轉矩的電角度一個
循環內以補償的方式發生二次轉矩下降，因此能使轉矩脈動減少。而且，凹部44的形狀並不只限於圖2A、圖2B那樣明確的階梯差，也可以設置圓角部或做成錐形狀。另外，由於該齒槽轉矩發生的形成方法由於不僅是凹部44，而且是壓 粉鐵心，所以通過用夾具做成在軸方向上產生突起的形狀，也能代替凹部。 這時，突起需要設置於轉子的旋轉方向的部分。而且，該突起和凹部44同樣不只限於明確的階梯差，也可以設置圓 角部或做成錐形狀。另外，該定子鐵心4a、 4b由於是由數十 數百微米的磁性粒子製造 的壓粉鐵心，所以相對於由以前的層疊鐵心製作的定子，由壓粉鐵心製成 的定子由於整個形成一體，構造上堅固，難以振動，所以有噪音低的特徵， 但通過做成上述形狀能使轉矩脈動變小，所以能實現振動更低、低噪音化 的電動機。所述磁性粒子是在外周塗有絕緣被膜的結構，這樣製作的壓粉鐵心， 渦電流難以流動。因此，能製作出鐵損少、效率高的電動機。另外，在直 流電源是低壓的情況下，也能省略定子繞組5和定子鐵心4的絕緣，能實 現低價格的電動機。另外，由於圓環狀的定子繞組5製作容易，而且纏繞後的成型相對於 以前在層疊鐵心的縫隙纏繞的定子繞組成型也容易，使在定子繞組5的收 容空間佔據的定子繞組5的佔空率提高，由此能降低定子繞組5的電阻， 因此能製成高效率的電動機。而且，佔空率的提高能降低定子繞組5、定 子鐵心4間的熱電阻，所以能提供耐大負荷的驅動電動機。在反過來利用 時，也能製成小型輕量的驅動電動機。另外，由於對磁性粉進行壓縮成形來製造定子鐵心4，所以能簡單制 造圖示那樣的三維複雜的形狀。而且，由於相對於衝裁薄鐵板而製造的現 有的定子鐵心，可以用必要的坯料生產圖示的三維形狀，所以材料的成品 率高，能廉價製造。另外，定子繞組5由於纏繞成圓環狀，所以能縮短初級繞組的長度， 能減少繞組的電阻，因此能使電動機效率提高，另外，由於沒有公開例所 示的對轉矩產生不起作用的線圈尾端部，所以能製造更小型輕量的電動機。因而，上述凸極式單相電動機，零件數少，裝配性好，材料利用率高， 而且用粉末鐵:心循環利用性也好，能提供高效率、小型輕量、低價格的永 久磁鐵電動機。圖3A、圖3B表示本發明其他的凸極式單相電動機構造的一個實施例。這裡，和圖2A、圖2B的構造的第1不同點在於在定子鐵心4的空 隙面不具有凹部44的結構。通過形成這樣的結構，定子鐵心4a、 4b的形 狀變成完全相同，用一個模具就能製造定子鐵心。第2不同點在於永久磁 鐵的形狀。以定子鐵心的上述形狀不能產生用於使轉矩平坦化的有效的齒 槽轉矩。因此，把永久磁鐵的形狀做成如圖示那樣在周方向上非對稱的形 狀。具體地說，形成為使旋轉方向的空隙長度增加的形狀。該形狀通過採 用塑料磁鐵就能夠簡單地製造，所以不會有很大的製造障礙。使用以上的方法，用一個定子鐵心的製造模具就能解決，而且，能提 供轉矩脈動少的單相永久磁鐵電動機。接著，圖4表示本發明對象的一個實施方式的凸極式單相電動機的控 制結構，圖5表示其動作說明圖。在圖4中，單相電動機的控制結構由變換器13、控制電路24和凸極 式單相電動機1構成，所述變換器13具有從直流電源Edc向凸極式單相 電動機1供給交流電的作用，所述控制電路24控制變換器13的輸出電流。這裡，凸極式單相電動機1的結構和圖1相同。在轉子3的永久磁鐵6的軸端，在定子2配置位置檢測器12，由此， 檢測永久磁鐵6的位置，具有通過變換器13向凸極式單相電動機1流通 有效的電流的作用。在凸極式單相電動機1的定子繞組5或變換器13中 具有電流傳感器17，是可以利用該電流傳感器經常監視向定子繞組5通電 的電流的結構。在控制電路24中，對於作為其構成要素的速度控制機構15，根據從 用角度變換器14測定位置檢測器12的半循環的周期^f得到的速度信息和 速度指令Ns所得到的速度誤差，根據需要進行比例積分控制，從變換器 輸出機構16把輸出信號輸出到變換器13而進行控制，由此能夠將凸極式 單相電動機1控制為希望的速度。
以下，表示凸極式單相電動機1的轉矩發生原理。圖5表示其動作原理。說明恆定旋轉時的動作。 橫軸表示以電角度計算韻轉子的位置e ，表示從0到360度的範圍。(a) 是位置檢測器12的輸出信號，檢測永久磁鐵6的漏磁通。(b) 表示施加於凸極式單相電動機1的定子繞組5上的施加電壓Vt(c) 表示由永久磁鐵6的磁通產生的對定子繞組5的感應電壓EO (e)。(d) 表示繞組電流iw ( 9 )，是根據(b)的電壓Vt ( 9 )和(c) 、的感應電壓EO(e)以及定子繞組5的電阻r、電感L由以下的數學式決定的值。式1formula see original document page 10這裡，p表示d/dt。(e) 表示沒有流通電流時產生的、在定子鐵心4和永久磁鐵6之間 發生的齒槽轉矩Tc ( 9 )。(f) 表示由感應電壓和繞組電流引起的轉矩Tw ( e)。用(c)的感應電壓eo (e)禾Q (d)的電流iw (e)的積表示的輸出pow (e)表示通過永久磁鐵的磁通和定子繞組電流產生的輸出。(g) 表示驅動電動機的整體轉矩T (e)。 這就是由感應電壓和繞組電流引起的轉矩量TOw ( e)和齒槽轉矩Tc (e)的和。而且，若轉子一定，則成為和輸出相同的波形。以下，根據圖5所示的單相電動機的各部波形，說明驅動原理。圖5所示的凸極式單相電動機1的齒槽轉矩，在僅在定子鐵心4的爪部表面的單側設置的凹部44的作用下，相對於旋轉位置成為由(e)表示的形狀。接著，說明由構成單相電動機的主轉矩的感應電壓和繞組電流引起的 轉矩T0w ( e)。首先，感應電壓如(c)所示， 一般是矩形狀。 該形狀在原理上是以定子鐵心的爪形狀變化的。 如(a)所示，相對於感應電壓，在配置於稍微超前一點位置的霍爾 元件的位置檢測輸出信號(由於離開永久磁鐵而成為正弦波狀的波形)的 零交叉點，通過切換施加電壓的極性對定子繞組5施加(b)所示的電壓。 由此，由(d)表示的電流流動，如(f)那樣發生由定子繞組5的電流和 感應電壓引起的轉矩。該輸出由於是單相驅動，所以原理上感應電壓在零 附近成為在360度間二次塌陷的如圖示那樣的波形。通過在該塌陷處加上 齒槽轉矩的+分量，如圖示那樣，就能產生整體轉矩大致接近均勻的轉矩。雖然沒有如三相電動機那樣的均勻性，但能形成與其匹敵的平坦的轉 矩。該轉矩的均勻性可以通過如下這樣進行緩和，即施加電壓相對於感 應電壓的超前角量，在施加電壓的波形例如上升時平穩上升，下降時慢慢 變化。進而，有齒槽轉矩的波形和由感應電壓及繞組電流引起的轉矩的匹 配性，通過在定子鐵心4表面的塌陷位置優化配置齒槽轉矩，從而能使輸 出轉矩相對於轉子的角度e變得平坦。由於相對於上述的輸出轉矩，通過優化定子鐵心4的爪形狀、扭斜量、 凹部形狀，使上述的齒槽轉矩和由定子繞組電流與永久磁鐵磁通產生的轉 矩平坦化，能製成低噪音、低振動的單相電動機。以上，通過對凸極式單相電動機進行上述控制，能提供小型輕量、高 效率、低價格、低噪音的單相永久磁鐵電動機及具有該電動機的電動泵、 電動風扇。接著，說明本發明的凸極式單相電動機的脈動轉矩降低控制的一個實 施例。圖4表示該實施例。在圖4中，本發明的凸極式單相電動機的降低脈動轉矩的控制電路 24，根據上述的位置檢測器12、角度變換器14、電流傳感器17的信息和 預先存儲的齒槽轉矩信息18和感應電壓信息19，進行向凸極式單相電動 機1供電的變換器13的控制。角度變換器14是根據位置檢測器12的信息推斷轉子3的電角度e的 運算器，可以用位置檢測器12的輸出信號的正負的切換周期計算轉子3 的平均速度，並且根據控制周期的經過時間計算推定轉子的角度。並且， 根據位置檢測器12的正負信息決定變換器13的通電的正負。在脈動轉矩算出機構20中，根據電流傳感器17的輸出、角度變換器
14的輸出、齒槽轉矩信息18和感應電壓信息19算出平均輸出轉矩和脈動 轉矩。以下，詳細敘述該脈動轉矩的計算方法。首先，用以下的數學式得到由永久磁鐵的磁通引起的感應電壓信息eo (e)和在定子繞組流動的電流i (e)引起的電磁轉矩Tw (e)。式2T闢(e)-- …(2)這裡，"表示旋轉角速度的信息，eo (e)表示相對於各速度03下的角度e的感應電壓信息(預 先存儲在感應電壓信息19內)，i (e)表示由電流傳感器得到的電流信息。 因而，單相永久磁鐵電動機發生的整體轉矩Tt (e)用以下的數學式 得到。式3Tt(0)=Tcog(0〉+Tw(0〉 …(3)這裡，Tcog (e)表示相對於旋轉角的齒槽轉矩(預先存儲在齒槽轉矩信息18內)。另一方面，平均轉矩Tav ( 9 )取整體轉矩Tt ( 9 )的電角度一個循 環(根據需要也可以是半個循環)量的平均，能用以下數學式算出。式4Tav(0〉s丄r Tt(0)d0 …(4)因而，脈動轉矩量Tac ( 6 )能用下式表示。
式5Tac(0)-Tt(0)-Tav(0) …(5)在圖4中，和上述同樣，凸極式單相電動機1被速度控制機構15控 製成一般達到由速度指令Ns指定的速度。如上述那樣基於從位置檢測器 12的電角度一個循環的周期運算出的速度反饋信息，根據需要，利用比例 積分控制等進行控制。另一方面，根據由脈動轉矩算出機構20算出的脈 動轉矩信息，對位置檢測器12的一個循環中進行細分割，製作校正信號， 通過利用校正信號進行校正控制，從而能使單相永久磁鐵電動機的輸出轉 矩平坦。圖5表示本發明的上述控制的動作說明圖。(a) 表示位置檢測器12的輸出信號。相對於(c)表示的感應電壓 也可能超前。根據該信號的半循環或1循環的信號的周期能算出永久磁鐵 轉子的速度信息。(b) 是電動機的端子電壓。基本上在位置檢測器的從負向正的零交 叉點施加正的電壓信號。電壓的高度由PWM (Pulse Width Modulation) 等進行調節。通過從零交叉點滯後一定時間，相對於(c)表示的感應電 壓也可以超前、或者也可以滯後。(c) 是相對於旋轉電角度的感應電壓信息。 一般是用旋轉速度除該 感應電壓算出的感應電壓常數加以存儲，通過與旋轉速度相乘就能變換成 感應電壓。(d) 是電流信息，也是由電流傳感器17讀入的信息。預先測定並存 儲在存儲器內。(e) 表示相對於旋轉電角的齒槽轉矩信息。預先測定並存儲在存儲器內。(f) 是永久磁鐵的磁通(感應電壓)和在定子繞組流動的電流的電磁 轉矩Tw ( 9 )，用(2)式求得。(g) 表示整體轉矩，是上述的轉矩Tw ( e)和齒槽轉矩之和，也是
用(3)式表示的轉矩。(h)表示脈動轉矩，是用(4)和(5)式算出的。利用變換器輸出機構16合成速度控制機構15的輸出和來自脈動轉矩 算出機構20的輸出，生成控制變換器13的信號。通過以上的控制，能提 供轉矩脈動少的單相永久磁鐵電動機控制裝置。上述的控制是對風扇、泵的控制，控制的響應頻率是幾赫以下，非常 慢，所以能穩定地進行控制。另外，速度控制的周期也可以每隔一電循環進行，脈動轉矩的校正也 可以每隔其整數倍進行。此外，根據需要，在較大改變速度指令Ns信號 的過渡時也可以停止該控制。如圖l表示的那樣，單相永久磁鐵電動機與一般三相電動機相比，繞 組有一組、霍爾元件有一個(三相需要三個)就夠，而且，變換電路用H 電橋就可以，所以構成元件數也變成4個，價格方面優點大，另一方面， 通過如上述那樣的控制，能使運行轉矩平坦化，能提供相對於三相電動機 毫不遜色的低噪音、低振動的永久磁鐵電動機控制裝置。在以上的結構中，齒槽轉矩信息18是與空隙磁通密度的二次方成正 比例的信息，感應電壓信息19是與空隙磁通密度成正比例的信息，由於 空隙磁通密度是與溫度成正比例的信息，所以例如，在單相永久磁鐵電動 機控制裝置內設置溫度傳感器，若利用該溫度傳感器校正齒槽轉矩信息 18、感應電壓信息19，則能進行精度更好的控制。並且，每電角度半周期進行速度控制，通過在該周期內分成多次進行 脈動轉矩校正控制，就能夠實現高精度的控制。另外，脈動轉矩校正控制若考慮到各常數的精度、溫度依存性等，雖 然相比於積分控制的零偏差控制會留下偏差，但是有時也可以選擇僅僅按 比例控制的方法也能完成穩定控制。由於電動風扇及電動泵採用並具有該凸極式單相永久磁鐵電動機，所 以用簡單的結構能製成低噪音、低振動的電動風扇、電動泵。接著，用圖6表示本發明對象的凸極式單相電動機的無位置傳感器驅 動的電路結構。和圖4相同的標號表示相同的功能。本發明的特徵是，作為控制電路25具有感應電壓運算機構23，其 從電流傳感器17的信息、預先存儲的定子繞組5的繞組電阻信息21和繞 組電感信息22算出凸極式單相電動機1的感應電壓；速度控制機構15; 以及合成速度控制機構15的信號的變換器輸出機構16。本發明根據由上 述的感應電壓運算機構23得到的感應電壓信息，決定轉子3的位置，決 定施加電壓的時刻。由此，可以連續地通電，能進行轉矩脈動少的單相無 傳感器運轉。因而，不需要磁極位置檢測器，能進行無傳感器運轉。 以下，用圖4說明本發明的動作。圖5(b)表示電動機的端子電壓Et( e )，這裡，由PWM (Pulse Width Modulation)等來調節端子電壓的大小。另外，通常正負的半循環期間的 PWM為一定。而且，通過從零交叉點起滯後一定時間，相對於圖5 (c) 表示的感應電壓也可以超前、或也可以滯後。圖5 (c)表示相對於旋轉電角度的感應電壓。感應電壓的特徵是根據上述定子鐵心的空隙面上的形狀而形成左右 非對稱的波形。這裡，感應電壓E0 ( e)可以通過感應電壓運算機構23， 使用端子電壓Et ( 9 )、電流傳感器i ( 9 )、繞組的電阻r以及繞組的 電感L的信息，從下式算出。式6EO(0)-Et(0)-(r+U- …(6)dt這裡，Et (e)是端子電壓。r表示繞組的電阻。 L表示繞組的電感。i(e)是由電流傳感器測定的電流值。本發明如上述那樣，在圖6中，凸極式單相電動機l被速度控制機構 15控制成一般達到由速度指令Ns指定的速度。為了進行速度控制，就需 要有單相永久磁鐵電動機的速度信息，但如上述那樣，根據由感應電壓運 算機構23得到的感應電壓信息，利用從該電角度一個循環的周期運算出 的速度反饋信息，根據需要，根據速度誤差利用比例積分控制等進行恆定 速度控制。通過以上的控制，電動機能控制成Ns的速度。
另外，本發明在感應電壓運算機構23中，根據由(6)式得到的感應 電壓信息進行端子電壓Et ( e)的正負切換。作為一例，感應電壓從正的 最高部分下降，在成為一定值以下時，在從正向負切換端子電壓。這樣控 制的端子電壓是圖5 (b)表示的端子電壓。這裡，直到下個切換點，電壓被控制成恆定，但也可以根據需要，在 切換點的附近附加前沿部、後沿部等的電壓變化。通過這樣的控制，在無傳感器的狀態下也能連續控制電流。而且，上述僅表示一定轉速的狀態，但在起動時，通過減小轉子的慣 性，可通過電角度半循環的加速來計算感應電壓，也能進入無傳感器運轉。由此，不需要現有例表示的、因使用檢測磁極位置的霍爾元件而引起 的、在發動機室內的使用額定值的限定，沒必荽使用設置通電停止期間的 無傳感器方式，就能提供高效率、低振動、低噪音的電動機。這樣，本發明通過提供單相無位置傳感器永久磁鐵電動機控制裝置， 其利用直流電源、把直流變換成交流的變換器、控制該變換器的控制裝置 來進行驅動，該裝置的特徵在於，該裝置具有電動機電流測定機構、端子 電壓測定機構和校正電動機常數的阻抗下降的機構，還具備根據其控制求 得感應電壓的機構，利用所求得的感應電壓值決定端子電壓的方向，從而， 單相無位置傳感器永久磁鐵電動機，如圖1所示，與通常的三相電動機相 比較，繞組為一組，霍爾元件有一個(三相需要3個)就夠，而且，由於 變換電路也用H電橋就夠，所以構成元件數也變成4個，價格方面的優點 大，另一方面，通過上述那樣的控制，可使運行轉矩平坦化，能提供相對 於三相毫不遜色的低噪音、低振動的永久磁鐵電動機控制裝置。而且，通過在電動風扇及電動泵中採用、具備該單相永久磁鐵電動機 控制裝置，所以能用簡單的結構提供低價格、小型輕量、低噪音、低振動 的電動風扇、電動泵(例如，配置在車輛的乘客室內的情況下，低噪音、 低價格成了重大的武器)。以上，作為控制電路，這裡雖然說明了利用了微機的系統，但即使利 用放大器、電阻、電容等由離散(discrete)電路構成，也能實現具有包含 感應電壓運算機構23的控制電路25的單相無位置傳感器的永久磁鐵電動 機控制裝置。這時能用更廉價的結構來實現。
另外，雖然起動時沒有感應電壓的信息，電壓的通電方式也不明確， 但具有對定子繞組通電流的機構，由此，通過附加能判別轉子產生正轉矩 的電流方向的極性判別裝置也能實現穩定的起動。
權利要求
1.一種凸極式單相電動機，其具有由凸極狀定子鐵心和纏繞成圓環狀的單相定子繞組構成的定子、和具有交替極性的轉子，其特徵是，在上述定子鐵心的爪部的空隙面上設有凹部。
2. 如權利要求1所述的凸極式單相電動機，其特徵是， 上述凹部位於上述定子鐵心爪部的轉子反旋轉方向側。
3. 如權利要求1所述的凸極式單相電動機，其特徵是， 上述定子鐵心爪部的端部扭斜。
4. 如權利要求1所述的凸極式單相電動機，其特徵是， 對應於上述轉子的位置，由把直流變換成交流的變換器進行驅動。
5. —種凸極式單相電動機系統，具有權利要求1所述的凸極式單相電 動機、和從直流電源向上述單相永久磁鐵電動機供給交流電的變換器，其 特徵是，具有控制電路，該控制電路根據上述單相凸極式電動機的齒槽轉矩、 感應電壓的波形信息和電動機電流的信息，控制上述變換器，以降低上述 凸極式單相電動機的脈動轉矩。
6. —種凸極式單相電動機系統，具有權利要求1所述的凸極式單相 電動機、從直流電源向上述單相永久磁鐵電動機供給交流電的變換器、和 控制上述變換器的控制裝置，其特徵是，上述控制裝置具有從由電動機電流測定機構檢測的電動機電流信息 和電動機常數信息求出感應電壓的機構，根據求出的感應電壓的值決定端 子電壓的值。
7. —種具有權利要求1所述的凸極式單相電動機的電動泵、電動風扇 及車輛。
8. 如權利要求1所述的凸極式單相電動機，其特徵是， 上述定子鐵心通過對磁性粉進行壓縮成形而構成。
9. 一種凸極式單相電動機，其具有由凸極狀定子鐵心和纏繞成圓環狀 的單相定子繞組構成的定子、和具有交替極性的轉子，其特徵是， 在上述定子鐵心的爪部的空隙面上設有突起。
10. 如權利要求9所述的凸極式單相電動機，其特徵是，上述突起位於上述定子鐵心爪部的轉子旋轉方向側。
11. 一種凸極式單相電動機，其具有由凸極狀定子鐵心和纏繞成圓環 狀的單相定子繞組構成的定子、和具有交替極性的轉子，其特徵是，上述轉子所具有的永久磁鐵的周方向的形狀為非對稱的形狀。
12. —種凸極式單相電動機，其具有由凸極狀定子鐵心和纏繞成圓環 狀的單相定子繞組構成的定子、和具有交替極性的轉子，其特徵是，上述定子鐵心通過對磁性粉進行壓縮成形而構成，根據上述轉子的位 置，由把直流變換成交流的變換器進行驅動。
全文摘要
一種凸極式單相電動機，具有由凸極狀定子鐵心和纏繞成圓環狀的單相定子繞組構成的定子和具有交替極性的轉子，其中在上述定子鐵心爪部的空隙面上設有凹部或突起，定子鐵心也可以通過對磁性粉進行壓縮成形而構成，也能根據轉子的位置，由把直流變換成交流的變換器進行驅動。
文檔編號H02K1/16GK101159390SQ20071014941
公開日2008年4月9日 申請日期2007年7月17日 優先權日2006年7月21日
發明者伊藤元哉, 北村正司, 大巖昭二, 榎本裕治, 正木良三, 田島文男, 石原千生, 角川滋 申請人:株式會社日立產機系統;日立粉末冶金株式會社