[发明专利]电机及其控制装置

说明书

能够实现大转矩输出，并且容易实现基于磁场削弱的恒定输出特性。具备配置在圆周上的定子绕组(SW)、以及沿圆周方向配置在圆周上的转子绕组(RW)，向所述定子绕组(SW)通电多相的电流(SIG)，向所述转子绕组(RW)通电电流(RIG)，通过将所述电流(SIG)的转矩电流分量与所述电流(RIG)的转矩电流分量设为相反方向的电流来将两个转矩电流分量的总励磁力设为0，降低转矩电流分量对电机的磁场磁通产生的影响，并且使圆周方向磁通分量集中到气隙部附近而得到大转矩输出，并且容易实现恒定输出控制。

技术领域

本发明是涉及需要高峰值转矩的用途、需要基于磁场削弱控制的恒定输出控制的用途、或者需要这两者的用途的电机的技术。具体地，涉及电动汽车EV的主机用电机、工业用电机、航空器用电机等。在电机技术中是能够自由地进行磁场磁通的大小和转矩的控制的电机及其控制装置，进一步涉及在高峰值转矩时几乎不产生电枢反作用的电机及其控制装置。

背景技术

目前，作为混合动力车用的主机电机，大多使用永磁体内置式电机。预计以后将广泛普及到小型至大型的电动汽车等中。然而，在陡坡的上坡驾驶中，虽然是低速旋转但需要大转矩，存在大转矩时的功率因数降低的问题。这是图27中速度V与转矩T的特性所示的区域A的动作点。纵轴是转矩T，横轴是转速V，示出了恒定输出特性。例如，当功率因数降低到0.6的情况下，与功率因数为1的电机相比，电流增加到1.666倍，电机铜损增加到2.777倍，因而效率降低，因此存在电机大型化，成本也增加的问题。存在对电机进行驱动的逆变器也大型化的问题。

另外，在高速道路上高速行驶时等需要电机的高速旋转，但是难以自由地进行电机的弱磁控制，具有电机电压变得过大的趋势。这是图27所示的区域B的动作点。其结果，驱动用逆变器的负担变大，功率因数也降低，存在大型化和高成本的问题。当大转矩时需要尽可能地增加磁场磁通，并且在高速旋转时需要减小磁场磁通，关于磁场磁通，要求这两种运转模式中的磁场控制具有相反的关系的特性。

所述永磁体内置式电机的问题点的起因在于，由于转矩电流分量产生的电枢反作用导致磁场磁通的位置向圆周方向变化。另外，其起因还在于，为了提高电机效率而大量使用永磁体，因此在高速旋转中需要弱磁控制。这里，电枢反作用是指，由于转矩电流分量产生的电磁作用而导致磁场磁通的分布状态在圆周方向上偏离等的不利影响。

另一方面，作为电动汽车的主机用电机，在欧美，已知使用感应电动机。图28示出了将感应电动机模型化的图。通常，感应电动机由于功率因数较低，产生转子绕组的铜损，被认为效率低下。然而，它们坚固耐用，不使用昂贵的永磁体，有时候大量生产并且价格低廉。关于本发明，特别应当注意的是，不产生电枢反作用，基于磁场削弱控制的恒定输出控制、高速旋转运行的特性优异。

通过图28的将感应电动机模型化的图，对该电磁动作的公知技术进行说明。251是定子，252是转子，是双极电机。253和254是磁场电流分量Id，产生磁场磁通Φa的25B、255等。磁场电流分量Id以比转子旋转速度Vr快了滑移速度Vs的速度在圆周方向上旋转。在q轴绕组中产生与磁场磁通Φa和逆时针旋转方向CCW的滑移速度Vs成比例的电压，并且通电转子二次电流256、257。另一方面，毕竟以所述磁场电流分量Id如三相、50/60Hz、200V的商用电源那样连接到电源阻抗低的电压源为前提。因此，通电作为q轴电流分量Iq的258、259，以补偿由于所述转子二次电流256、257导致磁场磁通Φa降低的情况。此时，转子二次电流256、257与作为q轴电流分量Iq的258、259的电流值相同并且电流方向相反。关于感应电动机的转矩T，与所述磁场磁通Φa和所述转子二次电流256、257成比例的由箭头25A表示的转矩T向CCW产生。

这里，特别应当注意，沿着25C的磁场的强度H的循环积分是258与256之和，为零，该方向的磁通分量为零，不产生电枢反作用。同样地，沿着25C的磁通分量也为零，不产生电枢反作用。这通过安培定律也可进行说明。另外，感应电动机在磁性上在所有方向上是各向同性的，可以说，如果有电枢反作用，则无法作为电机发挥功能。这是与利用磁阻转矩的电机的不同之处。