CN106415992B - 旋转电机、旋转电机的控制装置、旋转电机的控制方法 - Google Patents

Abstract

不使旋转电机的体型大型化而在高负荷时也可确保凸极比。旋转电机(1)具备定子(2)和转子(3)。定子(2)具有定子铁心(5)，定子铁心(5)具备多个齿(18)，在多个齿(18)上形成有从轴向一端沿轴向延伸至另一端的凹部(32)。齿(18)具有被设置为从圆筒状的磁轭(15)向内周侧突出的主体部(18a)、以及位于主体部(18a)的内周侧顶端并且其圆周方向的尺寸与主体部(18a)比被扩大的加宽部(18b)。凹部(32)被形成为在主体部(18a)的圆周方向的两侧面处于相同的半径方向位置。

Description

旋转电机、旋转电机的控制装置、旋转电机的控制方法

技术领域

公开的实施方式涉及旋转电机、旋转电机的控制装置以及旋转电机的控制方法。

背景技术

在专利文献1中记载了不使用位置和速度传感器而进行交流电动机的转矩控制、速度控制、位置控制的交流电动机的控制装置。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开2010-172080号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

上述现有技术的控制装置向交流电动机施加高频电压信号，利用此时的电感的变化来估计电动机的旋转角度。在这样的电动机中，在不使电动机的体型大型化而在高负荷时也想确保凸极比的情况下，希望装置构成的进一步优化。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供不使体型大型化而在高负荷时也能确保凸极比的旋转电机以及旋转电机的控制装置。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，根据本发明的一个观点，应用一种旋转电机，具备定子和转子，所述旋转电机具有定子铁心，所述定子铁心具备多个齿，在所述多个齿上形成有在轴向上贯穿的通孔和从轴向一端沿轴向延伸至另一端的凹部中的至少一者。

另外，根据本发明的其他观点，应用一种旋转电机的控制装置，不使用位置及速度传感器而进行所述旋转电机的转矩控制、速度控制、位置控制中的至少任一者，在将从旋转轴心向所述磁极部的中心方向延伸的轴设为d轴、将在与所述中心方向在电角度上偏移了90度的方向上延伸的轴设为q轴的情况下，具有：高频电压施加部，所述高频电压施加部被构成为向所述d轴和所述q轴的至少一者施加高频电压；以及负荷电流施加部，所述负荷电流施加部被构成为向所述q轴施加负荷电流。

另外，根据本发明的其他的观点，应用一种旋转电机的控制方法，不使用位置及速度传感器而进行所述旋转电机的转矩控制、速度控制、位置控制中的至少一者，在将从旋转轴心向所述磁极部的中心方向延伸的轴设为d轴、将在与所述中心方向在电角度上偏移了90度的方向上延伸的轴设为q轴的情况下，具有：向所述d轴和所述q轴的至少一者施加高频电压；以及向所述q轴施加负荷电流。

另外，根据本发明的其他观点，应用具备定子和转子的旋转电机，所述旋转电机具有：在圆周方向上具备多个磁极部的转子铁心、具备被卷绕定子绕组的多个齿的定子铁心、以及在所述定子绕组的无通电状态下使与所述磁极部在半径方向上对置的所述齿实质上磁饱和的单元。

另外，根据本发明的其他的观点，应用旋转电机的控制系统，包括：旋转电机，所述旋转电机具有定子铁心，所述定子铁心具备多个齿，在所述多个齿上形成有在轴向上贯穿的通孔和从轴向一端沿轴向延伸至另一端的凹部中的至少一者；以及控制装置，在将从所述旋转电机的旋转轴心向转子铁心的磁极部的中心方向延伸的轴设为d轴、将在与所述中心方向在电角度上偏移了90度的方向上延伸的轴设为q轴的情况下，向所述d轴和所述q轴的至少一者施加高频电压，并向所述q轴施加负荷电流。

另外，根据本发明的其他的观点，应用所述通孔被形成于所述齿的圆周方向中心位置的旋转电机的控制系统。

另外，根据本发明的其他的观点，应用所述凹部被形成为在所述齿的圆周方向两侧处于相同的半径方向位置的旋转电机的控制系统。

另外，根据本发明的其他的观点，应用旋转电机的控制系统，所述齿具有：主体部，所述主体部从圆筒状的磁轭向内周侧突出；以及加宽部，所述加宽部位于所述主体部的内周侧顶端，其圆周方向的尺寸与所述主体部比被扩大，所述通孔或所述凹部被形成于所述主体部。

另外，根据本发明的其他的观点，应用旋转电机的控制系统，所述加宽部在相邻的所述齿之间被相互连结，所述定子铁心通过连结成圆筒状的所述加宽部被固定于所述磁轭的内周而被构成。

另外，根据本发明的其他的观点，应用旋转电机的控制系统，还具有：转子铁心，所述转子铁心在圆周方向上具备多个磁极部；多个永久磁铁，所述多个永久磁铁被设置于所述转子铁心；以及定子绕组，所述定子绕组被卷绕于所述齿，所述通孔或所述凹部被设定所述圆周方向的尺寸，使得在所述定子绕组的无通电状态下与所述磁极部在半径方向上对置的所述齿在所述通孔或所述凹部的形成位置通过所述永久磁铁实质上磁饱和。

另外，根据本发明的其他的观点，应用旋转电机的控制系统，所述永久磁铁被设置于所述转子铁心的内部。

另外，根据本发明的其他的观点，应用旋转电机的控制系统，所述转子铁心具有圆筒部，所述圆筒部被固定于轴，并在其外周配置有所述多个磁极部，所述永久磁铁在所述转子铁心的所述磁极部彼此之间从所述圆筒部的外周附近沿半径方向配置到所述转子铁心的外周附近。

另外，根据本发明的其他的观点，应用旋转电机的控制系统，所述定子绕组通过集中缠绕而被卷绕于所述齿。

另外，根据本发明的其他的观点，应用旋转电机的控制方法，不使用位置及速度传感器而进行旋转电机的转矩控制、速度控制、位置控制中的至少一者，所述旋转电机的控制方法具有以下步骤：在将从旋转轴心向所述磁极部的中心方向延伸的轴设为d轴、将在与所述中心方向在电角度上偏移了90度的方向上延伸的轴设为q轴的情况下，向所述d轴和所述q轴的至少一者施加高频电压，向所述q轴施加负荷电流。

另外，根据本发明的其他的观点，应用旋转电机的控制装置，不使用位置及速度传感器而进行旋转电机的转矩控制、速度控制、位置控制中的至少一者，在将从旋转轴心向所述磁极部的中心方向延伸的轴设为d轴、将在与所述中心方向在电角度上偏移了90度的方向上延伸的轴设为q轴的情况下，所述旋转电机的控制装置具有：高频电压施加部，所述高频电压施加部向所述d轴和所述q轴的至少一者施加高频电压；以及负荷电流施加部，所述负荷电流施加部向所述q轴施加负荷电流。

发明的效果

根据本发明，不使体型大型化而在高负荷时也能够确保凸极比。

附图说明

图1是表示第一实施方式的旋转电机的整体概略构成的轴向截面图；

图2是沿图1的II-II的旋转电机的横向截面图；

图3是表示进行无传感器控制的控制系统及控制装置的功能构成例的框图；

图4是说明轴向正交截面中的定子及转子各自的磁极配置的图；

图5是表示轴向正交截面中的定子及转子各自的磁通的产生分布的图；

图6是表示一般的电磁钢板的B-H曲线的图；

图7A是表示处于无负荷状态的第一实施方式的磁通分布的图；

图7B是表示处于无负荷状态的比较例的磁通分布的图；

图8A是表示处于负荷电流50％状态的第一实施方式的磁通分布的图；

图8B是表示处于负荷电流50％状态的比较例的磁通分布的图；

图9A是表示处于负荷电流100％状态的第一实施方式的磁通分布的图；

图9B是表示处于负荷电流100％状态的比较例的磁通分布的图；

图10A是表示处于负荷电流150％状态的第一实施方式的磁通分布的图；

图10B是表示处于负荷电流150％状态的比较例的磁通分布的图；

图11A是表示处于负荷电流200％状态的第一实施方式的磁通分布的图；

图11B是表示处于负荷电流200％状态的比较例的磁通分布的图；

图12是表示在第一实施方式中重叠输入了探测信号的情况下的高频电感的实测结果的图；

图13是表示在比较例中重叠输入了探测信号的情况下的高频电感的实测结果的图；

图14是表示处于无负荷状态的第二实施方式的磁通分布的图；

图15是表示处于负荷电流50％状态的第二实施方式的磁通分布的图；

图16是表示处于负荷电流100％状态的第二实施方式的磁通分布的图；

图17是表示处于负荷电流150％状态的第二实施方式的磁通分布的图；

图18是表示处于负荷电流200％状态的第二实施方式的磁通分布的图；

图19是表示在第二实施方式中重叠输入了探测信号的情况下的高频电感的实测结果的图；

图20是定子铁心的相邻的加宽部彼此的顶端不接触而离开的变形例的旋转电机的横截面图；

图21是表示控制装置的硬件构成例的框图。

具体实施方式

<1.第一实施方式>

以下，参照附图来说明第一实施方式。

(1-1.旋转电机的整体构成)

首先，使用图1和图2来说明第一实施方式涉及的旋转电机1的构成。如图1所示，旋转电机1包括定子2以及转子3，例如构成为将转子3设置在定子2的内侧的内转子型的电动机。另外，该旋转电机1是不使用编码器等机械的传感器而通过电处理检测、控制其磁极位置的所谓的无传感器控制用的例如三相交流电动机(在后面的图3中详述无传感器控制)。定子2以与转子3在径向上对置的方式经由圆筒状的磁轭15设置在机架4的内周面。该定子2具有定子铁心5、被安装于定子铁心5的线圈架6、以及被卷绕在线圈架6的线圈线7(定子绕组的一个例子)。线圈架6为了使定子铁心5和线圈线7电绝缘而由绝缘性材料构成。在线圈架6的轴向一侧(图1中左侧)设置有基板8，设置于该基板8的电路和卷绕于线圈架6的线圈线7经由方棒状的两个销端子9电连接。线圈线7的卷绕起始和卷绕结束的端部7a被卷在对应的销端子9中，并通过省略图示的焊锡等来固定。另外，也可以不使用基板而对线圈线7的端部7a进行接线处理。

转子3被设置于轴10的外周面。轴10被负荷侧轴承12和反负荷侧轴承14可旋转地支承，所述负荷侧轴承12的外环被嵌合于机架4的负荷侧(图1中右侧)设置的负荷侧托座11，所述反负荷侧轴承14的外环被嵌合于机架4的反负荷侧(负荷侧的相反侧。图1中左侧)设置的反负荷侧托座13。另外，如图2所示，转子3包括转子铁心20、以及在转子铁心20被设置多个并以轴10为中心被配置为放射状的永久磁铁21。

(1-2.定子铁心的构成)

定子铁心5包括圆筒状的磁轭15、以及被等间隔地配置在该磁轭15的内周侧的多个(在图示的例子为12个)齿18，定子铁心5全体在该例子中由所谓的电磁钢板构成。各齿18具有被设置为与圆筒状的磁轭15比向内周侧突出的主体部18a、以及位于该主体部18a的内周侧顶端并且圆周方向的尺寸与主体部18a比被扩大的加宽部18b。加宽部18b在相邻的齿18之间被相互连结。即，定子铁心5被构成为圆筒状的磁轭15和通过加宽部18b被连结而被连结成圆筒状的多个齿18分离。定子2是通过线圈线7集中缠绕而被卷绕的线圈架6被安装到各齿18而成的圆筒状的多个齿18被固定于磁轭15的内周来被组装。此时，如图2所示，安装于各个齿18的线圈架6的线圈线7的卷绕层的相对的侧部之间被配置为空出间隙19。通过将上述圆筒状的多个齿18固定于磁轭15而被组装成的定子2被安装于机架4的内周面。之后，向间隙19内压入树脂，线圈架6或线圈线7等被由树脂模制。

另外，在齿18中设置有从定子铁心5的轴向一端沿轴向延伸至另一端的槽状的凹部32。凹部32用于减少齿18的主体部18a的周向的截面积，在该例子中，被形成为在主体部18a的圆周方向的两侧面中处于相同的半径方向位置(也参照后述的图4及图5等)。另外，在本实施方式中，将凹部32的形状(从轴向观看的形状)形成为四边状，但是不限于此，如果能够确保齿18的强度，则也可以形成为圆形或椭圆形等其他的形状。

(1-3.转子铁心的构成)

如图2所示，转子铁心20具有：包围轴10的圆筒部20A、设置于圆筒部20A的半径方向外侧的多个(在图示的例子为10个)磁极部20B、永久磁铁插入用孔20b、以及泄漏磁通防止用孔20d。圆筒部20A在其内周侧具有轴10贯穿的中心孔20a。

永久磁铁插入用孔20b在圆筒部20A的半径方向外侧的磁极部20B彼此之间沿轴向(图1中左右方向)贯穿设置，永久磁铁21沿轴向插入并被粘接剂固定。永久磁铁插入用孔20b以中心孔20a的中心为基准呈放射状延伸。永久磁铁插入用孔20b的大小(从轴向看的面积)与永久磁铁21的大小(轴向正交截面积)大致相同。这样，在本实施方式的例子中，转子3以永久磁铁21被埋入转子铁心20的内部的所谓的IPM型(Internal Permanent Magnet，内部永磁)构成。另外，各永久磁铁21在转子铁心20的磁极部20B彼此之间从圆筒部20A的外周附近沿半径方向配置到转子铁心20的外周附近，即以所谓的I字型配置设置。

另外，转子3不限于上述IPM型，也可以为永久磁铁21被设置于转子铁心20的表面的所谓的SPM型(Surface Permanent Magnet，表面永磁)。另外，永久磁铁的配置构成不限于上述I字型，例如也可以配置成V字状。

泄漏磁通防止用孔20d是在磁极部20B中的半径方向内侧的部位设置于永久磁铁插入用孔20b彼此之间的、用于防止泄漏磁通的空隙。泄漏磁通防止用孔20d抑制来自永久磁铁21的磁通与该泄漏磁通防止用孔20d比向半径方向内侧泄漏，防止有助于旋转转矩的产生的磁通减少。

另外，泄漏磁通防止用孔20d优选为向半径方向外侧变尖的横截面形状。通过形成为这样的形状，能够将来自位于该泄漏磁通防止用孔20d的两侧的永久磁铁21的磁通沿向半径方向外侧的尖形状分别顺畅地向转子铁心20的外周侧引导。在本实施方式中，通过将泄漏磁通防止用孔20d形成为近似五边形，能够得到上述效果，并且减小作为永久磁铁21的磁通产生面的侧面与跟该侧面对置的泄漏磁通防止用孔20d的面之间的间隙，提高了向内周侧泄漏磁通的降低效果。

(1-4.无传感器控制的具体例子)

图3表示对上述旋转电机1通过无传感器控制进行速度控制的旋转电机的控制系统100以及控制装置300的构成的一例。另外，图3所示的功能框图以传递函数形式示出。在该图3中，控制系统100具有旋转电机1以及控制装置300。控制装置300对q轴施加负荷电流，对d轴施加高频电压。以下，更具体地说明以功能块安装的例子。

控制装置300包括减法器321、矢量控制器322、电压控制器323、电流检测器324、矩形波电压产生器325、坐标变换器326、磁极位置运算器327以及速度运算器328。

从在该图3中未示出的上位控制装置输入用于控制旋转电机1的驱动的磁通指令值和速度指令值ωr*。通过减法器321取得速度指令值ωr*与后述的速度估计值ωr^的偏差。该偏差和磁通指令值被输入至矢量控制器322。矢量控制器322以不管负荷状态如何均使速度估计值ωr^与速度指令值ωr*一致的方式确定电动机电流的磁通分量(d轴分量)和转矩分量(q轴分量)，并将用于控制旋转电机1的速度及电流的电压指令值作为旋转正交坐标系(d-q轴坐标系)中的两相电压指令值ΔVsd*、ΔVsq*输出。电压控制器323(负荷电流施加部的一例)基于所输入的两相电压指令值ΔVsd*、ΔVsq*向旋转电机1输出三相驱动电压。由此，控制装置300能够以任意的速度和与其对应的转矩对旋转电机1进行驱动控制(也进行位置控制，但是省略图示)。

另一方面，磁极位置检测控制信号从未图示的上位控制装置被输入至矩形波电压产生器325。输入了磁极位置检测控制信号的矩形波电压产生器325(高频电压施加部的一例)以任意设定的时间周期的矩形波电压(高频电压的一例)输出电压指令ΔVh和相位指令Δθh。这些电压指令ΔVh和相位指令Δθh在电压控制器323内与上述的电压指令值ΔVsd*重叠，由此向d轴施加高频电压。这样一来，电压控制器323对向旋转电机1输出的电压的振幅和相位进行操作。

电流检测器324以三相iu、iv、iw分别检测被输入至旋转电机1的电流。坐标变换器326将上述三相电流值iu、iv、iw变换为两相电流值isα、isβ。这些两相电流值isα、isβ是将u相作为基准轴的α轴、由α轴和与α轴正交的β轴的正交坐标系中的各轴的电流值。这里，在旋转电机1的d轴和q轴的各个电感有偏差的情况下，即在该旋转电机1具有磁凸极性的情况下，该两相电流值isα、isβ的振幅包含磁极位置θ的信息。磁极位置运算器327参照从上述矩形波电压产生器325输出的电压指令ΔVh，并且基于两相电流值isα、isβ运算旋转电机1的磁极位置θ并输出。关于该磁极位置θ的运算方法，按照公知的方法进行即可(例如参照日本专利文献特开2010-172080号公报)，这里省略详细的说明。

磁极位置运算器327输出的磁极位置信号θ被输入至电压控制器323，并且也被输入至速度运算器328。速度运算器328通过对磁极位置θ进行微分运算来运算旋转电机1的估计速度ωr^。该速度估计值ωr^由上述减法器321从速度指令值ωr*减去而取得偏差，由此被利用于速度反馈控制。并且，虽然未特别图示，但是磁极位置θ能够视作以U相为基准的旋转电机1的旋转位置，在上位控制装置内也进行利用该磁极位置信号θ的位置反馈控制。根据以上，为了以高精度检测旋转电机1的磁极位置θ，要求旋转电机1的磁凸极性高。

另外，在上述中，将作为探测信号的矩形波电压与d轴(电压指令值ΔVsd*)重叠，仅向q轴分量输入负荷交流电流(向d轴分量仅输入磁通分量)，但是不限于此。关于负荷交流电流，应该仅向q轴分量输入，但是探测信号也可以重叠输入至q轴、或者d轴与q轴这两者。但是，如果在q轴上重叠高频电压信号，则会成为驱动所需的电压的降低、产生转矩脉动的原因，因此优选尽量仅向d轴重叠输入探测信号。另外，上述旋转电机1的d轴、q轴电感不是对基波电流的电感，而是根据高频重叠电压信号和与其对应的电流而定义的高频电感，在以后的说明中，也将高频电感简称为电感。

另外，上述的电压控制器323、矩形波电压产生器325等中的处理等不限于这些处理的分担的例子，例如可以由一个处理部进行处理，也可以由进一步细化的处理部进行处理。另外，控制装置300中仅矩形波电压产生器325的向旋转电机1供应驱动电力的部分(逆变器等)通过实际的装置安装，其他的功能可以通过后述的CPU 901(参照图21)执行的程序来安装，电压控制器323和矩形波电压产生器325的一部分或全部可以通过ASIC、FPGA 907(参照图21)、其他的电路等实际的装置来安装。

(1-5.旋转电机的轴向正交截面中的磁极配置)

接着，使用图4对轴向正交截面中的定子2及转子3各自的磁极配置进行说明。另外，上述图2的轴向正交截面中的磁极配置由于与轴10的旋转轴心相关地成为以180°点对称地配置，因此在图4中，仅图示上方的半圆部，下方的半圆部省略图示(在后述的图5、图7～图11中也是同样)。如上所述，本实施方式的旋转电机1在定子2全体具备12个齿18，在转子3全体上具备10个磁极部20B，即成为所谓的10P12S(P：极＝磁极个数、S：槽＝齿数)的槽配合构成。因此，在该图4中，在定子2侧的半圆部示出6个齿18，在转子3侧的半圆部示出被6个永久磁铁21夹持的5个磁极部20B。

首先，在定子2侧，相邻的两个齿18彼此将线圈线7分别向相反方向卷绕。并且，相邻的两个齿18成为一个组并对应于同一电流相。另外，以各组为单位按照顺时针方向配置有U、V、W的电流相。即，在以轴10的旋转轴心为原点的机械的静止坐标中，配置彼此偏移60°而相邻的2组齿18彼此以在电气上偏移120°的相位差产生交变磁场(其中，伴随着转子3的旋转，根据后述的d轴和q轴的移动，各相的振幅发生变化)。在具备12个(6组)齿18的本实施方式的定子2中，两组齿18分别与所供应的三相交流的各相U、V、W对应，这些两组之间被配置在以机械角相差180°的位置。

接着，在转子3侧，各永久磁铁21沿近似圆周方向在相邻的两个永久磁铁21彼此相互面对的方向(图中的箭头块的方向)被磁化。由此，N极彼此面对的位置的磁极部20B为使N极的磁极朝向半径方向外侧的N型磁极部20BN。另外，S极彼此面对的位置的磁极部20B成为使S极的磁极朝向半径方向外侧的S型磁极部20BS。这些N型磁极部20BN和S型磁极部20BS各存在5个，沿转子铁心20的圆周方向交替配置。这样，通过将从相邻的两个永久磁铁21产生的磁通向一个磁极部20B集中，能够提高磁力，在磁极部20B与齿18对置的位置处使齿18充分磁饱和。

在以上的磁极配置中，以在从相邻的S型磁极部20BS朝向N型磁极部20BN的方向上跨过各个圆周方向中央位置的方式配置d轴。即，从轴10的旋转轴心向N型磁极部20BN的中心方向延伸的轴为d轴，向与该磁极的中心方向在电角度上偏移90度的方向延伸的轴为q轴。因此，相邻的三个永久磁铁21间的机械的72°的角度范围相当于电气上正交的dq轴坐标中的360°的电角度范围。并且，dq轴坐标作为在静止坐标中相对于转子3的旋转中心旋转的旋转正交坐标发挥功能。

这里，如上所述，定子2侧的各相U、V、W以机械上60°的间隔配置，转子3侧的各dq轴坐标以72°的间隔配置。这样，在10P12S的构成中，在定子2侧与转子3侧之间，设置有相当于12°的设置间隔差。

(1-6.旋转电机的轴向正交截面中的磁通分布)

图5表示以上的磁极配置的旋转电机1中的磁通的产生分布。另外，示出了在转子3旋转动作的期间一个N型磁极部20BN的中心(以及跨过其的q轴)位于V相与W相之间的中间、并且一个永久磁铁21的中心(以及跨过其的d轴)与U相的中央位置一致的状态(在后述的图7～图11中也是同样的)。另外，在三相交流电动机中，向U、V、W的各相施加彼此具有120°的相位差的交流电流，在图5中，示出了U相的电流瞬时值是0、瞬时电流从V相流向W相的状态的磁通分布。

以下，使用图5的状态的磁通分布来进行本发明的原理说明。另外，如图5所示，与一相线圈交链的磁铁磁通为最大的定子2与转子3的配置关系以机械角每隔12°(电角度每隔60°)出现，但是对于其间的位置关系也同样能够应用本发明的原理。这里，为了简单说明，使用图5的状态的磁通分布。

首先，在定子2侧，在与各相对应的同一组的两个齿18上卷绕的线圈线7流过对应的相的交流电流的情况下，在通过该组的两个齿18的主体部18a、磁轭15以及相邻的加宽部18b的路径上交变磁场(参照图中的细虚线箭头)循环地产生。但是，在本实施方式的例子中，如上所述，在主体部18a的周向两侧形成有凹部32。因此，由上述交变磁场产生的交变磁通在主体部18a的两个凹部32之间通过并循环。

另一方面，从转子3侧的各磁极部20BN、20BS的外周侧顶端在半径方向产生的恒定磁通(参照图中的粗实线箭头)在半径方向上通过对置的各齿18来循环。作为来自该各磁极部20BN、20BS的恒定磁通通过各齿18的通过路径，主要有两个路径。第一个通过路径是以在相邻的两个齿18的主体部18a和磁轭15循环的方式通过的主体部通过路径。第二个通过路径是以仅通过一个齿18的加宽部18b泄漏的方式循环的加宽部通过路径。

并且，在定子2侧的各齿18上，由如上所述流过各线圈线7的交流电流产生的交变磁通和在半径方向上从对置的各磁极部20BN、20BS流入的恒定磁通合成而成的磁通通过。这里，在基于交流电流的交变磁通和基于永久磁铁21的恒定磁通的方向一致的情况下，齿18内的磁饱和增强。并且，在交变磁通和恒定磁通的方向相反的情况下，齿18内的磁饱和减弱。

另一方面，在与瞬时电流值为0的U相对应的一组齿18中，不会产生交变磁通，仅来自与该U相的中央位置一致的永久磁铁21的相邻的两个磁极部20BN、20BS的恒定磁通通过齿主体部18a的内部。但是，在本实施方式的例子中，如上所述，在主体部18a的周向两侧形成有凹部32。因此，来自上述磁极部20BN、20BS的恒定磁通在主体部18a的两个凹部32之间通过循环。这样，跨过与该U相的中央位置一致的永久磁铁21而配置的d轴、即与瞬时电流值为0的相一致的d轴方向的齿主体部18a与其他的齿18相比最容易磁饱和，由重叠电压产生的磁通难以通过。即，d轴电感降低。

另一方面，来自位于V相和W相之间的中间的N型磁极部20BN的恒定磁通向V相侧和W相侧分叉，进一步分别向主体部通过路径和加宽部通过路径分叉。这里，该N型磁极部20BN的相邻的两个永久磁铁21的各自的圆周方向位置位于加宽部18b的近似中心位置。因此，在向V相侧和W相侧分别分叉的恒定磁通中，与主体部通过路径相比，在加宽部通过路径磁通容易集中(成为泄漏磁通的比例大)。即，在跨过V相和W相之间而配置的q轴周边，在齿18全体的内周侧的加宽部18b中，磁通密度变高，在主体部18a中，磁通密度变低。

另外，关于通过V相侧的主体部通过路径的恒定磁通由于通过方向与在V相产生的交变磁通一致，因此有增强齿主体部18a内的磁饱和的倾向。

另外，关于通过W相侧的主体部通过路径的恒定磁通由于通过方向与在W相产生的交变磁通相反，因此有减弱齿主体部18a内的磁饱和的倾向。

在V相、W相这两者的各齿的加宽部18b中，也存在恒定磁通和交变磁通的朝向一致的增强磁通的部位18b1以及恒定磁通和交变磁通的朝向相反的减弱磁通的部位18b2。在减弱磁通的部位18b2中，负荷电流越大，磁饱和越缓和，由重叠电压产生的磁通越容易通过。即，q轴电感增加。

综合以上，d轴方向的齿18的主体部18a由于恒定磁通而全体磁饱和，由重叠电压产生的磁通难以通过(d轴电感降低)。另一方面，在跨过V相与W相之间而配置的q轴附近、即跨过瞬时电流值流过的两相之间的q轴方向附近的齿18中，齿主体部18a不会磁饱和而仅加宽部18b磁饱和，因此由重叠电压产生的磁通比d轴方向的齿18容易通过(q轴电感大于d轴电感)。并且，当将负荷电流施加给q轴时，产生减弱磁通的部位18b2，因此由重叠电压产生的磁通与不将负荷电流施加给q轴的情况相比，进一步容易通过(q轴电感增加)。

(1-7.由凹部的形成产生的对磁极凸极比的影响)

当将转子3的磁极凸极比(也称为“磁凸极比”)设为ρ、将q轴的电感设为Lq、将d轴的电感设为Ld时，成为以下的关系：

ρ＝Lq/Ld…(1)

如上所述，在无传感器控制中，为了以高精度检测旋转电机1的磁极位置θ，要求该转子3中的磁极凸极比ρ高。

这里，电感L根据磁通和电流i以式(2)定义，产生磁通相对于电流越多，电感越大。

另外，电压v、电流i以及电感L的关系以式(3)表示，因此相对于恒定的交流电压，电感越小，交流电流的时间上的偏差越大。

利用以上的电感的性质，在无传感器控制中，将从矩形波电压产生器325输出的矩形波电压(高频电压的一例)与两相电压指令值ΔVsd*、ΔVsq*重叠，基于由d轴与q轴之间的电感偏差产生的两相电流值isα、isβ的振幅偏差来估计磁极位置θ。

在本实施方式的例子中，在转子3中d轴和q轴分别被配置五处，分别根据与齿18、交变磁通的配置关系而电感不同。其中，与瞬时电流值为0的相(在图5所示的例子中为U相)一致的d轴方向的齿18最容易磁饱和，即成为电感最小的d轴。另外，跨过瞬时电流值流过的两相(在图5所示的例子为V相、W相)之间的配置的q轴方向的齿18最难以磁饱和，即成为电感最大的q轴。转子3全体的d轴电感Ld((1)式的分母)和q轴电感Lq((1)式的分子)分别为基于12个线圈的d轴电感的总量、基于12个线圈的q轴电感的总量。

为了向转子3施加旋转转矩，仅施加q轴分量的负荷电流即可(d轴分量对转矩没影响)。但是，如果大大增加q轴分量的负荷电流，则转子铁心的磁饱和变大，由于转子铁心形状引起的磁极凸极比ρ降低。即，导致旋转电机1的磁极位置θ的检测精度降低。

与此相对，为了提高旋转电机1的磁极凸极比ρ，通过利用齿18的磁饱和，能够提高磁极凸极比ρ。即，进一步减小与瞬时电流值变为0的相(在图5所示的例子中为U相)一致的d轴的电感、进一步增大跨过瞬时电流值流过的两相(在图5所示的例子中为V相、W相)之间而配置的q轴的电感即可。

因此，在本实施方式中，在定子2的各线圈线7的无通电状态(以下也酌情称为“无负荷状态”)中，以与磁极部20B在半径方向上对置的齿18仅通过来自永久磁铁21的恒定磁通而实质上磁饱和的方式构成各齿18。作为其具体的手段，为了与磁极部20B对置的齿18实质上磁饱和，在各齿18的主体部18a的圆周方向两侧形成了凹部32。由此，能够减小齿18在凹部32的形成部分中的圆周方向的宽度W1(参照图7A等)，能够减少截面积。并且，凹部32被设定圆周方向的尺寸，以使得在线圈线7的无通电状态下与磁极部20B在半径方向上对置的齿18在凹部32的形成位置通过永久磁铁21而实质上磁饱和。由此，在线圈线7的无通电状态下与磁极部20B在半径方向上对置的齿18在凹部32的形成部分基于永久磁铁21的磁通密度被增大，能够实质上使其磁饱和。由此，能够较小地抑制d轴电感。

这里，一般来说构成齿18的电磁钢板具有图6的B-H曲线所示的磁饱和特性。即，在使电磁钢板中的磁场强度从0逐渐增加的情况下，磁通密度以在磁场强度低的范围内与其大致成比例的方式上升。但是，当使磁场强度增加至某种程度以上时，磁通密度的上升率下降，最后磁通密度几乎不再上升。在本实施方式中，将磁通密度例如变为1.9T(特斯拉)以上的状态设为“实质上磁饱和”的状态。另外，实质上磁饱和的状态的磁通密度不限于该值，根据构成齿18的材质等而被酌情改变。

另外，齿18和磁极部20“在半径方向上对置”的状态是指齿18中的至少齿主体部18a与磁极部20B在半径方向上对置的状态。具体地说，是指主体部18a处于圆周方向上的磁极部20的角度范围内。

由此，在与瞬时电流值变为0的相(在图5所示的例子中为U相)一致的d轴中，对置的齿主体部18a仅通过来自永久磁铁21的恒定磁通线而基本磁饱和(磁通的通过富余消失)，能够使电感最小。即，能够减小转子3全体的d轴的电感的总量Ld。另外，在跨过瞬时电流值流过的两相(在图5所示的例子为V相、W相)之间而配置的q轴中，对置的齿主体部18a能够减弱磁饱和，增加电感(对于这点，在后面的图7～图11中详述)。即，能够增大转子3全体的q轴的电感的总量Lq。根据以上，由于获取减小上述(1)式的右边的分母(Ld)、增大右边的分子(Lq)，因此能够提高转子3的磁极凸极比ρ。

(1-8.与没有凹部的比较例的每种负荷的磁通分布的比较)

图7A～图11B各自的A图具体示出了由于上述的凹部32对齿宽的变更而对磁极凸极比ρ的影响。图7A～图11B各自的A图与本实施方式对应。如上所述，在各齿主体部18a的圆周方向两侧设置有凹部32，凹部32的形成位置处的齿主体部18a的圆周方向宽度被设定为W1。W1被设定为在无负荷状态下与磁极部20B对置的齿18仅通过来自永久磁铁21的恒定磁通而实质上磁饱和的值。

另一方面，图7A～图11B各自的B图与比较例对应，在各齿主体部18a未形成凹部32。其结果是，比较例中的齿主体部18a的圆周方向的宽度成为与实施方式中的齿主体部18a的未形成凹部32的部分的宽度W2相同的宽度。在该比较例中，在无负荷状态下与磁极部20B对置的齿18仅通过来自永久磁铁21的恒定磁通不会实质上磁饱和。另外，图7A和图7B示出完全不向定子2供应交流电流的无负荷状态的磁通分布，图8A和图8B示出了将q轴分量(转矩分量)的负荷交流电流(相当于负荷电流)供应了额定的50％的状态，图9A和图9B示出了将负荷交流电流供应了额定的100％的状态，图10A和图10B示出了将负荷交流电流供应了150％的状态，图11A和图11B示出了将负荷交流电流供应了200％的状态。另外，在上述各图中，与图5同样地示出了电感最小的d轴、电感最大的q轴。

如上所述，在比较例中，各齿主体部18a的圆周方向的宽度尺寸W2被设定得比较大，截面积大(参照图7B～图11B)。因此，在与瞬时电流值变为0的U相一致的d轴中，与磁极部20BN、20BS对置的齿主体部18a未达到磁饱和，还有磁通能够通过的富余。因此，在增加了负荷交流电流的情况下，d轴的电感受到来自其他的V相、W相的交变磁通的影响而发生变动。即，处于上述(1)式中的转子3全体的d轴电感的总量Ld容易发生变动。

与此相对，如上所述，在本实施方式中，通过在各齿主体部18a设置凹部32，由此圆周方向的宽度尺寸W1被设定得小，齿主体部18a的截面积被设定得小(参照图7A～图11A)。因此，在与瞬时电流值变为0的U相一致的d轴中，与磁极部20BN、20BS对置的齿主体部18a已经仅通过来自永久磁铁21的恒定磁通线而实质上磁饱和。即，由于没有进一步的磁通的通过富余，因此即使大大增加负荷交流电流，也不受到来自其他的V相、W相的交变磁通的影响，保持d轴的电感小地被维持(保持磁通密度大地被维持)。即，即使增加负荷交流电流，也保持处于上述(1)式中的转子3全体的d轴电感的总量Ld小地被维持。

另一方面，在比较例中，当将负荷交流电流从0％依次增大至200％时，在V相和W相的全体中也会进入磁饱和，跨过它们之间而配置的q轴的电感全面地降低。

与此相对，在本实施方式中，当将负荷交流电流从0％依次增大至200％时，跨过瞬时电流值流过的V相与W相之间而配置的q轴的电感依次增加。这是因为，随着使负荷交流电流变大，在图中的P1、P2、P3所示的齿加宽部18b的顶端减弱磁饱和的效果变大。如前述的图5所示，P1的部位是由于在该q轴的周围通过加宽部通过路径的恒定磁通(泄漏磁通)与交变磁通逆向而磁饱和被减弱的部位。另外，P2的部位是在该q轴的周围通过W相侧的主体部通过路径及加宽部通过路径的恒定磁通与交变磁通逆向而磁饱和被减弱的部位。另外，P3的部位是在W相侧的主体部通过路径循环并返回至磁极部20BS的恒定磁通与交变磁通逆向而磁饱和被减弱的部位。这样，随着增大负荷交流电流，在V相和W相的全体中进行磁饱和，但是由于在上述P1、P2、P3的部位中磁饱和被大大减弱，其结果是该q轴上的电感全面地增加(参照图7A～图11A)。由此，能够使处于上述(1)式中的转子3全体的q轴电感的总量Lq与负荷交流电流的增加相配合而增大。

另外，在比较例中，也会看到随着增大负荷交流电流而在与上述P1、P2、P3对应的部位减弱磁饱和的现象。但是，在本实施方式的情况下，由于设置了凹部32而各齿主体部18a的圆周方向的宽度尺寸W1小于W2，与圆周方向的截面积被设定得较小的部分相应地，在d轴方向的齿主体部18a中进行磁饱和，不易受到由于d轴磁通和q轴磁通导致的相互干涉。以上，在比较例中，如果增加负荷交流电流则磁极凸极比ρ容易下降，但是在本实施方式中，即使增加负荷交流电流(电动机负荷)，也能够较大地取得磁极凸极比ρ。

另外，在比较例中，齿18的宽度尺寸大，仅通过永久磁铁21的恒定磁通，不能使与磁极部20BN、20BS对置的齿主体部18a实质上磁饱和。在这样的情况下，通过在定子2的各线圈线7流过无助于转矩的正的d轴电流，能够使d轴方向的齿18实质上磁饱和，能够得到与本实施方式同样的磁极凸极比。

另外，本实施方式的凹部32相当于在定子绕组的无通电状态下使与磁极部在半径方向上对置的齿实质上磁饱和的手段的一例。

(1-9.第一实施方式的效果)

如以上说明的那样，在本实施方式的旋转电机1中，定子铁心5具备的多个齿18分别具有从轴向一端沿轴向延伸至另一端的凹部32，因此起到以下的效果。

即，通过在齿18上形成凹部32，能够减少该凹部32的形成部分处的齿18的截面积。由此，能够增大在线圈线7的无通电状态下与磁极部20B在半径方向上对置的齿18的上述形成部分处的由永久磁铁21产生的磁通密度，能够实质上使其磁饱和。由此，能够较小地抑制d轴电感Ld。

另一方面，在q轴方向的齿18中，仅顶端部磁饱和，由永久磁铁21产生的磁通和由负荷交流电流产生的磁通的方向一致的部位(图5所示的18b1)的磁饱和变强，但是两磁通的方向相反的部位(图5所示的18b2。图7～图11所示的P1、P2、P3)的磁饱和变弱。在磁饱和变弱的部分中，由重叠电压产生的磁通容易通过，因此电感增加。在本实施方式中，如果增大负荷交流电流，则能够缓和处于q轴方向的齿18的顶端部的磁饱和，因此能够在高负荷时增加q轴电感Lq。

根据以上，在高负荷时也能够确保磁极凸极比ρ。其结果是，即使在增大负荷转矩的情况下，也能够进行精度高的位置估计。另外，也无需为了避免高负荷时的转子铁心20的磁饱和而使转子3大型化，因此也不会导致旋转电机1的体型的大型化。

图12示出了在本实施方式中在将负荷电流赋予q轴的状态(从V相向W相施加电流的状态)下重叠输入探测信号的情况下的高频电感的模拟结果。另外，图的横轴是遍及dq轴坐标的电角度范围180°的重叠电压相位，0°相当于d轴，90°相当于q轴。并且，图的纵轴是高频电感，相当于由高频电压信号产生的高频磁通的通过难易度。

在该图12中，无论是以哪种负荷(交流负荷电流的大小)使其动作的情况下，d轴的高频电感均以近似正弦波状的曲线变化，它们的相位的偏移较少，基本一致。该正弦波中的最大值相对于最小值的比(最大值/最小值)相当于磁极凸极比ρ。即，正弦波的振幅越大，磁极凸极比ρ越高。在本实施方式的情况下，如图示可知，在无负荷时也能够确保足够的磁极凸极比ρ，并且负荷越大，磁极凸极比ρ越高。

与此相对，图13是上述的比较例中的同等的图。在该图13中，无负荷时的磁极凸极比ρ低，即使增大负荷，也不会如本实施方式那么高。并且，在该比较例中，负荷越大，正弦波的相位越大地偏移。这是因为，d轴方向的齿18未充分地磁饱和，由q轴电流产生的磁通影响到d轴的磁通。这样，如果d轴电感的正弦波曲线的相位发生变动，则旋转电机1的磁极位置θ的检测精度会受损。由此，本实施方式相比比较例能够较高地确保磁极凸极比ρ，能够以较高的精度检测旋转电机1的磁极位置θ。

另外，根据本实施方式，也能得到以下的效果。例如，在预先较小地设计齿18的宽度的情况下，需要特殊化为其构成的专用设计、使用部件以及生产设备等，导致工时数和成本的大幅增加。根据本实施方式，通过实施在标准构造的齿18上形成凹部32的追加加工能够进行应对，因此能够抑制成本的增大。

并且，在如上所述预先较小地设计齿18的宽度的情况下，磁极凸极比被固定为与其齿宽相应的值。另一方面，根据本实施方式，能够在形成凹部32时调整其尺寸，因此能够调整磁极凸极比ρ。

另外，在本实施方式中，尤其是，凹部32以在齿18的圆周方向两侧处于相同的半径方向位置的方式被形成。由此，能够将齿18形成为在圆周方向上对称的形状，因此能够降低齿槽效应。

另外，在本实施方式中，尤其是，齿18具有从圆筒状的磁轭15朝向内周侧突出的主体部18a、以及位于主体部18a的内周侧顶端并且圆周方向的尺寸与主体部18a比被扩大的加宽部18b，凹部32被形成于主体部18a。这样，通过齿18具有将圆周方向的尺寸扩大的加宽部18b，定子2和转子3对置的面积被增大，能够顺畅地产生定子2与转子3之间的磁通的流动。

另外，在本实施方式中，尤其是，加宽部18b在相邻的齿18之间被相互连结，定子铁心5通过连结成圆筒状的齿18被固定于磁轭15的内周而被构成。这样，加宽部18b被相互连结，由此能够提高在q轴方向的齿18中由永久磁铁21产生的磁通的方向和由负荷交流电流产生的磁通的方向相反的部位(P1、P2、P3)的磁饱和的减弱效果。由此，能够进一步增加高负荷时的q轴电感Lq，因此在高负荷时也能够确保磁极凸极比。

另外，在本实施方式中，尤其是，永久磁铁21被设置于转子铁心20的内部。由此，与永久磁铁21被设置于转子铁心20的表面的情况相比，除了磁铁转矩以外能够使磁阻、转矩成为旋转力，因此能够实现小型且高转矩的旋转电机。

另外，在本实施方式中，尤其是，转子铁心20具有被固定于轴10并且多个磁极部20B被配置于外周的圆筒部20A，永久磁铁21在转子铁心20的磁极部相互间从圆筒部20A的外周附近至转子铁心20的外周附近沿半径方向配置，即以所谓的I字型配置设置。由此，能够增大永久磁铁的投入量，能够使磁通集中于磁极部20B。

另外，在本实施方式中，尤其是，线圈线7通过集中缠绕而被卷绕于齿18。一般来说，在提高磁极凸极比ρ的情况下采用分布缠绕，但是在该情况下旋转电机1的体型变大。在本实施方式中，通过在齿18上形成凹部32，能够确保磁极凸极比ρ，因此能够在线圈线7上采用集中缠绕，能够使旋转电机1小型化。

另外，在本实施方式中，尤其是，控制装置300具有向d轴施加高频电压的矩形波电压产生器325、以及向q轴施加负荷电流的电压控制器323。由此，能够利用施加了高频电压信号时的电感的变化来估计旋转电机1的磁极位置θ。并且，旋转电机1在高负荷时也能够确保磁极凸极比ρ。因此，能够实现在增大旋转电机1的负荷转矩的情况下也能够进行精度高的无传感器控制的控制装置300以及控制系统100。

<2.第二实施方式>

接着，参照附图来说明第二实施方式。

(2-1.定子铁心的构成)

如图14～图18所示，在本实施方式涉及的旋转电机1中，在各齿18的主体部18a，代替凹部32而形成有沿轴向贯穿的通孔34。其他的构成与第一实施方式基本相同，因此省略表示本实施方式涉及的旋转电机1的轴向截面图或横向截面图等。

在图14～图18中，通孔34用于减少齿18的主体部18a的周向的截面积，在该例子中，被形成于齿主体部18a的圆周方向中心位置。另外，在本实施方式中，将通孔34的形状(从轴向看的形状)形成为四边形，但是不限于此，如果能确保齿18的强度，则也可以形成为圆形或椭圆形等其他的形状。

通孔34被设定圆周方向的尺寸，使得在线圈线7的无通电状态下与磁极部20B在半径方向上对置的齿18在通孔34的形成位置通过永久磁铁21而实质上磁饱和。在该例子中，主体部18a的通孔34的两侧的圆周方向的宽度分别为W1/2，通孔34的形成部分中的主体部18a的圆周方向的宽度被设定为W1。W1是与上述实施方式相同的值。

(2-2.每种负荷的磁通分布)

图14示出完全不向定子2供应交流电流的无负荷状态的磁通分布，图15示出将q轴分量(转矩分量)的负荷交流电流(相当于负荷电流)供应额定的50％的状态，图16示出将负荷交流电流供应额定的100％的状态，图17示出将负荷交流电流供应150％的状态，图18示出将负荷交流电流供应200％的状态。另外，上述各图的d轴、q轴与齿18的位置关系和图5是同样的。

在本实施方式中，通过在各齿主体部18a设置通孔34，圆周方向的宽度尺寸W1被设定得小，齿主体部18a的截面积被设定得小。因此，在与瞬时电流值变为0的U相一致的d轴中，与磁极部20BN、20BS对置的齿主体部18a已经仅通过来自永久磁铁21的恒定磁通线而实质上磁饱和。即，即使增加负荷交流电流，也保持处于上述(1)式中的转子3全体的d轴电感的总量Ld小地被维持。

另外，在本实施方式中，当将负荷交流电流从0％依次增大至200％时，跨过瞬时电流值流过的V相与W相之间而配置的q轴的电感依次增加。这是因为，随着负荷交流电流变大，在图中的P1、P2、P3所示的齿加宽部18b的顶端减弱磁饱和的效果变大。这样，随着负荷交流电流变大，在V相和W相的全体中进行磁饱和，但是在上述P1、P2、P3的部位磁饱和被大大减弱，因此其结果是该q轴中的电感全面地增加(参照图14～图18)。由此，能够时处于上述(1)式中的转子3全体的q轴电感的总量Lq与负荷交流电流的增加相配合而增大。

根据以上，在本实施方式中，即使增加负荷交流电流(电动机负荷)，也能够不使磁极凸极比ρ降低而取得大的磁极凸极比ρ。

另外，本实施方式的通孔34相当于在定子绕组的无通电状态下使与磁极部在半径方向上对置的齿实质上磁饱和的手段的一例。

(2-3.第二实施方式的效果)

如上所述，在本第二实施方式中，定子铁心5具备的多个齿18的每个具有沿轴向贯穿的通孔34，因此起到了与上述第一实施方式相同的效果。

图19示出在本实施方式中在向q轴赋予负荷电流的状态(从V相向W相施加电流的状态)下重叠输入探测信号的情况下的高频电感的模拟结果，并且是与前述的图12对应的图。如该图19所示，无论是以哪种负荷(交流负荷电流的大小)使其动作的情况下，d轴的高频电感均以近似正弦波状的曲线发生变化，它们的相位的偏移较少，基本一致。并且，如图示可知，在无负荷时也能够确保充分的磁极凸极比ρ，并且负荷越大，磁极凸极比ρ越高。

另外，在本实施方式中，尤其是，通孔34被形成在齿18的圆周方向中心位置。由此，能够使齿18成为在圆周方向上对称的形状，因此能够降低齿槽效应。

<3.变形例>

另外，以上说明的第一及第二实施方式在不脱离其主旨及技术构思的范围内能够进行各种变形。

例如，以上，以定子铁心5的相邻的齿18的加宽部18b彼此在圆周方向上相互连结的情况作为一例进行了说明，但是不限于此。例如，如与上述图2对应的图20所示，也可以构成为定子铁心105的相邻的齿118的加宽部118b彼此在顶端分离。在此情况下，能够进一步提高在相邻的齿118之间的泄漏磁通的降低效果。由此，能够防止d轴的泄漏电感增大，因此能够确保磁极凸极比ρ。

另外，以上，以在齿18仅形成有凹部32或通孔34中的任一者的情况为一例进行了说明，但是也可以在齿18形成凹部及通孔的两者。另外，也可以进一步增加凹部32或通孔34的数量。

另外，例如，在上述实施方式中，以10P12S的槽配合构成作为一例进行了说明，但是在其他的槽配合构成中，只是各相U、V、W彼此的配置间隔角度和各dq轴坐标的配置间隔角度发生变化，各相U、V、W和各dq轴坐标之间的配置关系不会发生变化，因此能够得到相同的效果。

另外，例如，在上述实施方式中，通过酌情设定各齿18的凹部32或通孔34的圆周方向的尺寸，由此在无负荷时与磁极部20B对置的齿18仅通过来自永久磁铁21的磁通而实质上磁饱和，但是不限于此。例如，也可以采用提高转子3具备的永久磁铁21的磁力、或者酌情设定基于凹部32或通孔34的齿18的宽度尺寸和永久磁铁21的磁力这两者等方法。

另外，例如，在上述实施方式中，以转子铁心5的圆筒状的磁轭15和多个齿18分别形成为一体的情况作为一例进行了说明，但是磁轭15及多个齿18也可以构成为能够按照每个齿18分割。

另外，例如，在上述实施方式中，以旋转电机1是转动型电动机的情况作为一例进行了说明，但是不限于此。例如，未特别图示，但也可以在可动元件相对于定子直线移动的直动型电动机(所谓的线性电动机)应用本实施方式的方法。在此情况下，定子和可动元件的任一者具备基于永久磁铁的磁极部，另一者具备产生磁场的线圈线和齿，但是无论哪种情况均以在无负荷时与磁极部对置的齿仅通过来自永久磁铁的磁通而实质上磁饱和的方式设定基于凹部的齿的可动方向的尺寸宽度即可。

另外，以上，以旋转电机1是电动机的情况作为一例进行了说明，但是本实施方式也能够应用于旋转电机是发电机的情况。

另外，除了以上已经说明的以外，也可以酌情组合上述实施方式和各变形例的方法而利用。此外，虽然未一一例示，但是上述实施方式和各变形例在不脱离其主旨的范围内添加各种变更而实施。

<4.控制装置的硬件构成例>

接着，参照图21来说明控制装置300的硬件构成例，所述控制装置300实现由上述说明的CPU 901执行的程序安装的电压控制器323或矩形波电压产生器325等的处理。另外，在图21中，酌情省略向控制装置300的旋转电机1供应驱动电力的功能涉及的构成而图示。

如图21所示，控制装置300例如具有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)901、ROM(Read Only Memory，只读存储器)903、RAM(random access memory，随机存取存储器)905、面向ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特定用途集成电路)或FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等特定的用途而构建的专用集成电路907、输入装置913、输出装置915、存储装置917、驱动器919、连接端口921以及通信装置923。这些构成经由总线909、输入输出接口911相互可传递信号地连接。

程序例如能够记录于ROM 903、RAM 905、存储装置917等记录装置。

另外，程序例如也能够暂时或永久地记录于软盘等磁盘、各种CD、MO盘(MagneticOptical：磁光盘)、DVD(数字多功能光盘)等光盘、半导体存储器等可移动式存储介质925。这样的可移动式存储介质925也可以作为所谓的套装软件而提供。在该情况下，记录于上述的可移动式存储介质925的程序也可以由驱动器919读出，并经由输入输出接口919、总线909等记录于上述记录装置。

另外，程序例如也可以记录于下载网站、其他的计算机、其他的记录装置等(未图示)。在该情况下，程序经由LAN(local area network，局域网)或因特网等网络NW传送，通信装置923接收该程序。并且，通信装置923接收的程序也可以经由输入输出接口919、总线909等记录于上述记录装置。

另外，程序例如也能够记录于适当的外部连接设备927。在此情况下，程序也可以经由适当的连接端口921传送，并经由输入输出接口919、总线909等记录于上述记录装置。

并且，CPU 901通过按照上述记录装置记录的程序执行各种处理，由此实现上述的电压控制器323、矩形波电压产生器325等进行的处理(例如，向d轴及q轴的至少一者施加高频电压的步骤、向q轴施加负荷电流的步骤等)。此时，CPU 901例如可以从上述记录装置直接读出程序来执行，也可以暂时加载到RAM 905之后执行。并且，CPU 901例如也可以在经由通信装置923、驱动器919、连接端口921接收程序的情况下，将接收到的程序不记录于记录装置而直接执行。

另外，CPU 901也可以根据需要例如基于从鼠标、键盘、麦克风(未图示)等输入装置913输入的信号或信息进行各种处理。

并且，CPU 901将执行了上述的处理的结果从例如显示装置或语音输出装置等输出装置915输出，并且，CPU 901根据需要将该处理结果经由通信装置923、连接端口921发送，也可以记录于上述记录装置或可移动式存储介质925。

符号说明

1、101 旋转电机

2 定子

3 转子

5、105 定子铁心

7 线圈线(定子绕组的一例)

10 轴

15 磁轭

18、118 齿

18a、118a 主体部

18b、118b 加宽部

20 转子铁心

20A 圆筒部

20B 磁极部

21 永久磁铁

32 凹部

34 通孔

100 控制系统

300 控制装置

323 电压控制器(负荷电流施加部的一例)

325 矩形波电压产生器(高频电压施加部的一例)

Claims (9)

1.一种旋转电机的控制系统，其特征在于，包括：

旋转电机，所述旋转电机具有转子铁心、多个永久磁铁以及定子铁心，所述转子铁心在圆周方向上具有多个磁极部，所述多个永久磁铁被设置于所述转子铁心，所述定子铁心具备多个齿，在所述多个齿上形成有在轴向上贯穿的通孔和从轴向一端沿轴向延伸至另一端的凹部中的至少一者，并卷绕定子绕组；以及

控制装置，所述控制装置在将从所述旋转电机的旋转轴心向转子铁心的磁极部的中心方向延伸的轴设为d轴、将在与所述中心方向在电角度上偏移了90度的方向上延伸的轴设为q轴的情况下，向所述d轴和所述q轴的至少一者施加高频电压，向所述q轴施加负荷电流，

所述齿具有：

主体部，所述主体部从圆筒状的磁轭向内周侧突出；以及

加宽部，所述加宽部位于所述主体部的内周侧顶端，并且所述加宽部的圆周方向的尺寸与所述主体部比被扩大，

所述通孔或所述凹部被形成于所述主体部，

所述通孔或所述凹部的所述圆周方向的尺寸被设定为：使得在所述定子绕组的无通电状态下，与所述d轴方向的所述磁极部在半径方向上对置的所述齿的所述主体部在所述通孔或所述凹部的形成位置通过所述永久磁铁而磁饱和，并且，使得在所述定子绕组的通电状态下，与所述q轴方向的所述磁极部在半径方向上对置的所述齿的所述主体部在所述通孔或所述凹部的形成位置不会磁饱和。

2.如权利要求1所述的旋转电机的控制系统，其特征在于，

所述通孔被形成于所述齿的圆周方向中心位置。

3.如权利要求1所述的旋转电机的控制系统，其特征在于，

所述凹部被形成为在所述齿的圆周方向两侧处于相同的半径方向位置。

4.如权利要求1所述的旋转电机的控制系统，其特征在于，

所述加宽部在相邻的所述齿之间被相互连结，

所述定子铁心通过连结成圆筒状的所述齿被固定于所述磁轭的内周而被构成。

5.如权利要求1所述的旋转电机的控制系统，其特征在于，

所述永久磁铁被设置于所述转子铁心的内部。

6.如权利要求5所述的旋转电机的控制系统，其特征在于，

所述转子铁心具有圆筒部，所述圆筒部被固定于轴，并在所述圆筒部的外周配置有所述多个磁极部，

所述永久磁铁在所述转子铁心的所述磁极部彼此之间从所述圆筒部的外周附近沿半径方向配置到所述转子铁心的外周附近。

7.如权利要求1所述的旋转电机的控制系统，其特征在于，

所述定子绕组通过集中缠绕而被卷绕于所述齿。

8.一种旋转电机的控制装置，所述控制装置被包含在权利要求1至7中任一项所述的旋转电机的控制系统中，所述控制装置的特征在于，

不使用位置及速度传感器而进行所述旋转电机的转矩控制、速度控制、位置控制中的至少任一者。

9.一种旋转电机，所述旋转电机被包含在权利要求1至7中任一项所述的旋转电机的控制系统中，所述旋转电机的特征在于，

通过所述控制装置不使用位置及速度传感器而进行旋转电机的转矩控制、速度控制、位置控制中的至少任一者来进行动作。