CN107112940B - 变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法 - Google Patents

变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法 Download PDF

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Abstract

得到一种无需使用绕组切换机构而在高极时也具有优良的转矩对电流特性的变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法。变极型旋转电机具有：旋转电机，构成为具备在机械角方向上等间隔地配置有定子槽的定子、和通过在收纳于定子槽的定子线圈中流过的电流所产生的磁动势而旋转的转子；n组逆变器，对定子线圈供给m相电流；以及控制部，控制n组逆变器，在高极驱动时和低极驱动时切换极数，其中，控制部对在定子线圈中流过的电流的电流相位进行控制，以使n组逆变器可控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极驱动时成为组数n×相数m/2，在低极驱动时成为组数n×相数m，其中，组数n是4的倍数，相数m是与组数n互质的3以上的自然数。

Description

变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法
技术领域
本发明涉及为了在宽的转速范围中确保高转矩性、高输出性而切换极数进行驱动的变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法。
背景技术
作为在电动汽车、混合动力车等中使用的旋转电机，已知为了在宽的转速范围中确保高转矩性、高输出性而切换极数进行驱动的变极型旋转电机。
作为这样的以往的变极型旋转电机，有如下例子：对3相线圈进行2等分，在各线圈的除接线部以外的端部设置端子，将2等分的线圈针对每个相形成为3相4极(例如参照专利文献1)。在专利文献1中，在2极驱动的情况下，将各槽的励磁线圈串联地进行连接，在4极驱动的情况下，使2等分的励磁线圈内的外部线圈的连接反转，并且切换2相的励磁线圈的电源连接。
另外，作为另一以往的变极型旋转电机，有如下例子：将6个线圈每隔60°地进行配置，并且将相互相对的线圈彼此连接成使极性相同而构成为1相的绕组(例如参照专利文献2)。在专利文献2中，通过切换对这样构成的3组的三相绕组施加的电源电压的相序，进行旋转电机的极数变换。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平10-98859号公报
专利文献2：日本特开平11-18382号公报
发明内容
然而，在以往技术中存在如下的课题。
在专利文献1的变极型旋转电机中，需要变极用的绕组切换机构，所以部件件数增加而导致变极型旋转电机的成本变高。
另外，在专利文献2中，在每1极对的定子槽中使用的电流相位的数量即电流相位自由度在高极(high polarity)时成为3，所以绕组系数减少而导致高极时的转矩对电流特性(torque-current characteristic)降低。
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于得到一种无需使用绕组切换机构而在高极时也具有优良的转矩对电流特性的变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法。
本发明的变极型旋转电机具有：旋转电机，构成为具备定子和转子，定子在机械角方向上等间隔地配置有定子槽，转子通过在收纳于定子槽的定子线圈中流过的电流所产生的磁动势而旋转；n组逆变器，对定子线圈供给m相电流；以及控制部，控制n组逆变器，每个定子槽的磁动势分别被等间隔地配置，在高极驱动时和低极驱动时切换极数，其中，控制部对在定子线圈中流过的电流的电流相位进行控制，以使n组逆变器能够控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极驱动时成为组数n×相数m/2，在低极驱动时成为组数n×相数m，其中，组数n是4的倍数，相数m是与组数n互质的3以上的自然数。
另外，在本发明的变极型旋转电机的驱动方法中，变极型旋转电机具有：旋转电机，构成为具备定子和转子，定子在机械角方向上等间隔地配置有定子槽，转子通过在收纳于定子槽的定子线圈中流过的电流所产生的磁动势而旋转；n组逆变器，对定子线圈供给m相电流；以及控制部，控制n组逆变器，每个定子槽的磁动势分别被等间隔地配置，在高极驱动时和低极驱动时切换极数，变极型旋转电机的驱动方法具有电流供给步骤，在该电流供给步骤中控制部通过n组逆变器对定子线圈供给m相电流，其中，在电流供给步骤中，在低极驱动时，对在定子线圈中流过的电流的电流相位进行控制，以使n组逆变器能够控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度成为组数n×相数m，其中，组数n是4的倍数，相数m是与组数n互质的3以上的自然数，在高极驱动时，对在定子线圈中流过的电流的电流相位进行切换，以使电流相位自由度成为组数n×相数m/2。
在本发明中，对在定子线圈中流过的电流的电流相位进行控制，以使n组逆变器能够控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极时成为组数n×相数m/2，在低极时成为组数n×相数m，其中，组数n是4的倍数，相数m是与组数n互质的3以上的自然数。其结果，能够得到无需使用绕组切换机构而在高极时也具有优良的转矩对电流特性的变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的旋转电机的剖面图。
图2是示出本发明的实施方式1的变极型旋转电机中的旋转电机和逆变器的连接的概要图。
图3是示出本发明的实施方式1的变极型旋转电机中的定子线圈的电流相位配置的示意图。
图4是示出本发明的实施方式1的变极型旋转电机中的磁动势波形的示意图。
图5是示出本发明的实施方式2的变极型旋转电机中的旋转电机和逆变器的连接的概要图。
图6是示出本发明的实施方式2的变极型旋转电机中的定子线圈的电流相位配置的示意图。
图7是示出本发明的实施方式2的变极型旋转电机中的磁动势波形的示意图。
图8是示出本发明的实施方式3的变极型旋转电机中的定子线圈的电流相位配置的示意图。
图9是示出本发明的实施方式3的变极型旋转电机中的磁动势波形的示意图。
图10是示出本发明的实施方式4的变极型旋转电机中的旋转电机和逆变器的连接的概要图。
图11是示出本发明的实施方式4的变极型旋转电机中的定子线圈的电流相位配置的示意图。
图12是示出本发明的实施方式4的变极型旋转电机中的磁动势波形的示意图。
具体实施方式
以下，使用附图，说明本发明中的变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法的优选的实施方式。此外，在各图中，对相同或者相当的部分附加同一符号来说明。
实施方式1.
首先，说明本实施方式1中的变极型旋转电机的结构。图1是本发明的实施方式1的旋转电机1的剖面图。旋转电机1构成为具备定子6以及转子10。此外，在图1中，示出了旋转电机1是感应电机的例子，但旋转电机1不限定于感应电机。例如，也可以是永磁型同步旋转设备或者励磁绕组型同步旋转设备。
图1所示的旋转电机1的定子6呈圆筒形，在定子6的内周，在机械角方向上等间隔地配置有用槽编号#1～#48识别的48个定子槽8。另外，在定子槽8中收纳有定子线圈9。在相邻的定子槽8之间形成有定子齿7。
图1所示的旋转电机1的转子10呈圆柱形，构成为具备转子铁芯11。转子10在定子6的内侧以通过轴孔14的轴为旋转轴，利用在定子线圈9中流过的电流所产生的磁动势而旋转。在转子10的外周，在机械角方向上等间隔地配置转子槽12，并且在转子槽12中收纳次级导体(secondary conductor)13。在定子6与转子10之间存在旋转空隙15。
通过未图示的由n组构成的m相逆变器来驱动旋转电机1。
图2是示出本发明的实施方式1的变极型旋转电机中的旋转电机1和逆变器21～24的连接的概要图。本实施方式1的变极型旋转电机构成为具备旋转电机1、逆变器21～24以及逆变器21～24的控制部3。由4个组构成的3相逆变器21～24对旋转电机1的对应的定子线圈9供给电流。另外，由控制部3控制逆变器21～24。
本实施方式1的旋转电机1的定子线圈9如图2所示具有4组×3相＝12的导出口(lead-out port)，从4组3相的逆变器21～24分别被供给对应的组以及相(以下称为“电流相位”)的电流。
即，定子线圈9的第1组(a1、b1、c1)与逆变器21连接，第2组(a2、b2、c2)与逆变器22连接，第3组(a3、b3、c3)与逆变器23连接，第4组(a4、b4、c4)与逆变器24连接。在此，a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3、a4、b4、c4是表示从逆变器向马达的输出线的种类的输出线符号。
另外，第1组(a1、b1、c1)的相邻的电流相位相互具有360°/3＝120°的相位差。关于第2组(a2、b2、c2)、第3组(a3、b3、c3)、第4组(a4、b4、c4)也是同样的。
控制部3作为硬件具备保存有程序的存储装置4、以及执行存储在存储装置4中的程序的处理器5。控制部3例如被实现为系统LSI等处理电路。
存储装置4具备随机存取存储器等易失性存储装置、以及闪存存储器或者硬盘等非易失性的辅助存储装置。
处理器5执行保存在存储装置4中的程序。存储装置4具备易失性存储装置和辅助存储装置，所以处理器5从辅助存储装置经由易失性存储装置输入程序。
此外，处理器5既可以将运算结果等数据输出到存储装置4的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存到辅助存储装置。
另外，控制部3既可以使多个处理器5以及多个存储装置4协作来执行上述功能，也可以使多个处理电路协作来执行上述功能。另外，也可以通过多个处理器5及多个存储装置4、和多个处理电路的组合，协作地执行上述功能。
图3是示出本发明的实施方式1的变极型旋转电机中的定子线圈9的电流相位配置的示意图。图3(a)示出高极(8极)时的2个极对量的电流相位配置，图3(b)示出低极(4极)时的1个极对量的电流相位配置。
在定子6中，在机械角方向上等间隔地配置有定子槽数＝48的定子槽8，在定子槽8中收纳有定子线圈9。另外，在相邻的定子槽8之间，形成有定子齿7。此外，图3仅示出定子槽8的#25～#48之中的#1～#24的电流相位配置。
定子槽8实际上被分割为定子6的外径侧和内径侧，在定子6的外径侧和内径侧收纳具有相互不同的电流相位的定子线圈9的情形较多，但在图3中仅示出外径侧的定子线圈9的电流相位。
逆变器21～24的控制部3控制在定子线圈9中流过的电流相位，以使在定子线圈9中流过的电流的电流相位配置在高极时和低极时分别成为图3(a)和图3(b)所示的电流相位配置。此外，在图3中附加有下划线的电流相位表示相对于未附加下划线的电流相位，定子线圈9的绕组方向是反转的。
具体而言，在图3中，控制部3控制在定子线圈9中流过的电流的电流相位以使得：高极驱动时的极数成为低极驱动时的极数的2倍，在每1极对的定子槽8中使用的不同的电流相位的数量在高极驱动时和低极驱动时相等，成为组数n×相数m/2＝6。
此外，在图3中示出以使在高极时极间距以及线圈间距都成为6槽间距的整距绕组的方式收纳的定子6，但本实施方式1的定子6未必限定于这样的结构。在本实施方式1中，只要在每1极对的定子槽中使用的电流相位的数量即电流相位自由度在高极时成为组数n×相数m/2＝6，且在低极时成为组数n×相数m＝12即可。
作为其结果，在图3中，针对2个定子槽8的每一个收纳有1个电流相位量的定子线圈9，所以在高极时由12个定子槽8形成1个极对，在低极时由24个定子槽8形成1个极对。
接下来，说明本实施方式1中的变极型旋转电机的动作。表1是示出在本发明的实施方式1的变极型旋转电机中逆变器21～24对旋转电机1供给的电流的电流相位顺序的表。逆变器21～24的控制部3依照表1，对在旋转电机1的定子线圈9中流过的电流的电流相位进行切换控制。
[表1]
由此，无需使用绕组切换机构，就能够实现在高极时为图3(a)所示的电流相位配置、且在低极时为图3(b)所示的电流相位配置的定子线圈9的电流相位配置的切换控制。
图4是示出本发明的实施方式1的变极型旋转电机中的磁动势波形的示意图。图4(a)示出图3(a)所示的高极时的电流相位配置中的磁动势波形，图4(b)示出图3(b)所示的低极时的电流相位配置中的磁动势波形。
图4的横轴示出上部所示的定子槽8的槽编号。另外，图4的纵轴示出对与定子槽8的各槽编号相当的位置处的磁动势以使其最大值为1的方式进行标准化得到的磁动势。在本发明中，每个定子槽8的磁动势分别被等间隔地配置。
此外，图4所示的磁动势波形是定子槽8内的定子线圈9的线圈匝数全部相等、且在U相、V相、W相中分别流过I、-I/2、-I/2的电流的状态的波形。即，定子线圈9产生的每个定子槽8的磁动势的绝对值都相等。
在将槽半周期量(#1-#24)的空间阶数(spatial order)设为k(k是自然数)的情况下，可知图4(a)所示的高极时的磁动势波形为主要包含2k的空间阶数的波形，相对于此，图4(b)所示的低极时的磁动势波形为主要包含k的空间阶数的波形。
即，可知通过逆变器21～24的控制部3依照表1对在旋转电机1的定子线圈9中流过的电流的电流相位进行切换控制，从而实现定子线圈9的电流相位配置的高极(8极)和低极(4极)的切换控制。
此外，定子线圈9产生的每个定子槽8的磁动势的绝对值无需一定全部相等。只要相对于高极时的包含2k的空间阶数的波形，低极时的磁动势波形为主要包含k的空间阶数的波形即可。
接下来，说明本实施方式1中的变极型旋转电机的效果。在图3所示的本实施方式1的旋转电机1中，每极每相的定子槽数是2。即，在连续的每2个槽中收纳有1个电流相位量的定子线圈9。另外，相数m是3。
由此，在本实施方式1中，n组逆变器可控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极驱动时成为6，所以相比于以往的变极型旋转电机(例如在专利文献2中电流相位自由度＝3)，能够提高电流相位自由度。其结果，能够将相互相邻的不同的电流相位间的相位差设为360°/6＝60°，所以能够提高旋转电机1的绕组系数。
通过分布绕组系数与短距绕组系数之积来计算具体的绕组系数，但在本实施方式1中短距绕组系数＝1，所以分布绕组系数成为与绕组系数相同的值。在此，使用每极每相的定子槽数q，用下式(1)来表示分布绕组系数kwd。
kwd＝sin(π/6)/(q×sin(π/6q)) (1)
在图3所示的变极型旋转电机中，作为每极每相的定子槽数设想2，所以作为分布绕组系数kwd能够得到0.966这样的高的值。而且，还能够通过设为定子槽数＝24从而设为q＝1，在该情况下，分布绕组系数kwd成为最大值的1。另一方面，在专利文献2中，如上所述，在高极时电流相位自由度为3，所以在以与本实施方式1同样的条件计算绕组系数时，绕组系数成为与2极3槽系列的绕组系数相同的0.866这样的低的值。
这样，在本实施方式1中，能够提高高极时的电流相位自由度以及绕组系数，所以在高极时也能够得到优良的转矩对电流特性。
另外，只是通过逆变器21～24的控制部3依照表1对在旋转电机1的定子线圈9中流过的电流相位进行切换控制，就无需追加绕组切换机构而能够实现变极型旋转电机，所以能够抑制部件件数以及成本的增加。
特别是，在通过利用马达来辅助引擎的驱动力从而推动车辆的混合动力车等中，在车辆的推动力为固定的情况下，在由马达提供的辅助量多时用更少的引擎驱动力就能推动，所以能够提高燃料效率。
例如，在车辆从停止状态或者低速行驶状态以一定的推动力进行加速时，不仅在引擎转速低的低速行驶时，而且在加速后的引擎转速高的高速行驶时，也能够通过将电流相位切换为高极而得到优良的转矩对电流特性，所以能够提高燃料效率。
如以上那样，根据实施方式1，对在定子线圈中流过的电流相位进行切换控制，以使逆变器21～24可控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极时成为组数n×相数m/2＝6、且在低极时成为组数n×相数m＝12。其结果，能够得到无需使用绕组切换机构而在高极时也具有优良的转矩对电流特性的变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法。
实施方式2.
图5是示出本发明的实施方式2的变极型旋转电机中的旋转电机1和逆变器21～24的连接的概要图。本实施方式2的变极型旋转电机相比于图2所示的之前的实施方式1的变极型旋转电机，主要的不同点在于逆变器21～24供给5相电流来代替3相电流。控制部3的结构与之前的实施方式1相同。
首先，说明本实施方式2中的变极型旋转电机的结构。本实施方式2的旋转电机1的定子线圈9如图5所示具有4组×5相＝20的导出口，从4组5相的逆变器21～24分别被供给具有对应的电流相位的电流。
即，定子线圈9的第1组(a1、b1、c1、d1、e1)与逆变器21连接，第2组(a2、b2、c2、d2、e2)与逆变器22连接，第3组(a3、b3、c3、d3、e3)与逆变器23连接，第4组(a4、b4、c4、d4、e4)与逆变器24连接。在此，与实施方式1同样地，d1、e1、d2、e2、d3、e3、d4、e4是表示从逆变器向马达的输出线的种类的输出线符号。
另外，第1组(a1、b1、c1、d1、e1)的相邻的电流相位相互具有360°/5＝72°的相位差。关于第2组(a2、b2、c2、d2、e2)、第3组(a3、b3、c3、d3、e3)、第4组(a4、b4、c4、d4、e4)也是同样的。
图6是示出本发明的实施方式2的变极型旋转电机中的定子线圈9的电流相位配置的示意图。图6(a)示出高极(4极)时的2个极对量的电流相位配置，图6(b)示出低极(2极)时的1个极对量的电流相位配置。
在定子6中，在机械角方向上等间隔地配置有定子槽数＝20的定子槽8，在定子槽8中收纳有定子线圈9。
逆变器21～24的控制部3对在定子线圈9中流过的电流相位进行控制，以使在定子线圈9中流过的电流的电流相位配置在高极时和低极时分别成为图6(a)和图6(b)所示的电流相位配置。
具体而言，在图6中，控制部3对在定子线圈9中流过的电流的电流相位进行控制以使得：高极驱动时的极数成为低极驱动时的极数的2倍，在每1极对的定子槽8中使用的不同的电流相位的数量在高极驱动时和低极驱动时相等，成为组数n×相数m/2＝10。
此外，在图6中，示出以使在高极时极间距以及线圈间距都成为5槽间距的整距绕组的方式收纳的定子6，但本实施方式2的定子6未必限定于这样的结构。在本实施方式2中，只要电流相位自由度在高极时成为组数n×相数m/2＝10，且在低极时成为组数n×相数m＝20即可。
接下来，说明本实施方式2中的变极型旋转电机的动作。表2是示出在本发明的实施方式2的变极型旋转电机中逆变器21～24对旋转电机1供给的电流的电流相位顺序的表。逆变器21～24的控制部3依照表2，对在旋转电机1的定子线圈9中流过的电流的电流相位进行切换控制。
[表2]
由此，无需使用绕组切换机构，就能够实现在高极时成为图6(a)所示的电流相位配置、且在低极时成为图6(b)所示的电流相位配置的定子线圈9的电流相位配置的切换控制。
图7是示出本发明的实施方式2的变极型旋转电机中的磁动势波形的示意图。图7(a)示出图6(a)所示的高极时的电流相位配置中的磁动势波形，图7(b)示出图6(b)所示的低极时的电流相位配置中的磁动势波形。
此外，图7所示的磁动势波形是定子槽8内的定子线圈9的线圈匝数全部相等、且在A相、B相、C相、D相、E相中分别流过I×cos(0°)、I×cos(72°)、I×cos(144°)、I×cos(216°)、I×cos(288°)的电流的状态的波形。即，定子线圈9产生的每个定子槽8的磁动势的绝对值都相等。
在将槽1个周期量(#1-#20)的空间阶数设为k(k是自然数)的情况下，可知图7(a)所示的高极时的磁动势波形为主要包含2k的空间阶数的波形，相对于此，图7(b)所示的低极时的磁动势波形为主要包含k的空间阶数的波形。
即，可知通过逆变器21～24的控制部3依照表2对在旋转电机1的定子线圈9中流过的电流的电流相位进行切换控制，从而实现定子线圈9的电流相位配置的高极(4极)和低极(2极)的切换控制。
接下来，说明本实施方式2中的变极型旋转电机的效果。在图6所示的本实施方式2的旋转电机1中，每极每相的定子槽数是1。另外，相数m是5。
由此，在本实施方式2中，n组逆变器可控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极驱动时成为10，所以相比于以往的变极型旋转电机(例如在专利文献2中电流相位自由度＝5)，能够提高电流相位自由度。其结果，能够将相互相邻的不同的电流相位间的相位差设为360°/10＝36°，所以能够提高旋转电机1的绕组系数。
在图6所示的变极型旋转电机中，作为每极每相的定子槽数设想1，所以能够得到作为分布绕组系数kwd的最大值1。另一方面，在专利文献2中，在高极时电流相位自由度成为5，所以在以与本实施方式2同样的条件计算绕组系数时，绕组系数成为0.588这样的低的值。
如以上那样，根据实施方式2，对在定子线圈中流过的电流相位进行切换控制，以使逆变器21～24可控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极时成为组数n×相数m/2＝10、且在低极时成为组数n×相数m＝20。其结果，能够得到无需使用绕组切换机构而在高极时也具有优良的转矩对电流特性的变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法。
实施方式3.
本实施方式3的旋转电机1的定子线圈9如图2所示具有4组×3相＝12的导出口，从4组3相的逆变器21～24分别被供给对应的组以及相的电流。
首先，说明本实施方式3中的变极型旋转电机的结构。本实施方式3的旋转电机1的定子线圈9如图2所示具有4组×3相＝12的导出口，从4组3相的逆变器21～24分别被供给具有对应的电流相位的电流。
即，定子线圈9的第1组(a1、b1、c1)与逆变器21连接，第2组(a2、b2、c2)与逆变器22连接，第3组(a3、b3、c3)与逆变器23连接，第4组(a4、b4、c4)与逆变器24连接。
另外，第1组(a1、b1、c1)的相邻的电流相位相互具有360°/3＝120°的相位差。关于第2组(a2、b2、c2)、第3组(a3、b3、c3)、第4组(a4、b4、c4)也是同样的。
图8是示出本发明的实施方式3的变极型旋转电机中的定子线圈9的电流相位配置的示意图。图8(a)示出高极(4极)时的2个极对量的电流相位配置，图8(b)示出低极(2极)时的1个极对量的电流相位配置。
在定子6中，在机械角方向上等间隔地配置有定子槽数＝12的定子槽8，在定子槽8中收纳有定子线圈9。
逆变器21～24的控制部3对在定子线圈9中流过的电流相位进行控制，以使在定子线圈9中流过的电流的电流相位配置在高极时和低极时分别成为图8(a)和图8(b)所示的电流相位配置。
具体而言，在图8中，控制部3对在定子线圈9中流过的电流的电流相位进行控制以使得：高极驱动时的极数成为低极驱动时的极数的2倍，在每1极对的定子槽8中使用的不同的电流相位的数量在高极驱动时成为组数n×相数m/2＝6、且在低极驱动时成为组数n×相数m＝12。
接下来，说明本实施方式3中的变极型旋转电机的动作。表3是示出在本发明的实施方式3的变极型旋转电机中逆变器21～24对旋转电机1供给的电流的电流相位顺序的表。逆变器21～24的控制部3依照表3，对在旋转电机1的定子线圈9中流过的电流的电流相位进行切换控制。
[表3]
由此，无需使用绕组切换机构，就能够实现在高极时成为图8(a)所示的电流相位配置、且在低极时成为图8(b)所示的电流相位配置的定子线圈9的电流相位配置的切换控制。
图9是示出本发明的实施方式3的变极型旋转电机中的磁动势波形的示意图。图9(a)示出图8(a)所示的高极时的电流相位配置中的磁动势波形，图9(b)示出图8(b)所示的低极时的电流相位配置中的磁动势波形。
此外，图9所示的磁动势波形是定子槽8内的定子线圈9的线圈匝数全部相等、且在A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相、J相、K相、L相中分别流过I×cos(0°)、I×cos(-120°)、I×cos(-240°)、I×cos(-30°)、I×cos(-150°)、I×cos(-270°)、I×cos(-60°)、I×cos(-180°)、I×cos(-300°)、I×cos(-90°)、I×cos(-210°)、I×cos(-330°)的电流的状态的例子。即，定子线圈9产生的每个定子槽8的磁动势的绝对值都相等。
在将槽1个周期量(#1-#12)的空间阶数设为k(k是自然数)的情况下，可知图9(a)所示的高极时的磁动势波形为主要包含2k的空间阶数的波形，相对于此，图9(b)所示的低极时的磁动势波形为主要包含k的空间阶数的波形。
即，已知通过逆变器21～24的控制部3依照表3对在旋转电机1的定子线圈9中流过的电流的电流相位进行切换控制，从而实现定子线圈9的电流相位配置的高极(4极)和低极(2极)的切换控制。
接下来，说明本实施方式3中的变极型旋转电机的效果。在图8所示的本实施方式3的旋转电机1中，每极每相的定子槽数是1。另外，相数m是3。
由此，在本实施方式3中，n组逆变器可控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极驱动时成为6，所以相比于以往的变极型旋转电机(例如在专利文献2中电流相位自由度＝3)，能够提高电流相位自由度。其结果，能够将相互相邻的不同的电流相位间的相位差设为360°/6＝60°，所以能够提高旋转电机1的绕组系数。
在图8所示的变极型旋转电机中，作为每极每相的定子槽数设想1，所以能够得到作为分布绕组系数kwd的最大值1。另一方面，在专利文献2中，在高极时电流相位自由度成为3，所以在以与本实施方式3同样的条件计算绕组系数时，绕组系数成为0.866这样的低的值。
如以上那样，根据实施方式3，对在定子线圈中流过的电流相位进行切换控制，以使逆变器21～24可控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极时成为组数n×相数m/2＝6、且在低极时成为组数n×相数m＝12。其结果，能够得到无需使用绕组切换机构而在高极时也具有优良的转矩对电流特性的变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法。
实施方式4.
本实施方式4的旋转电机1的定子线圈9如图10所示具有8组×3相＝24的导出口，从8组3相的逆变器21～28分别被供给对应的组以及相的电流。
首先，说明本实施方式4中的变极型旋转电机的结构。本实施方式4的旋转电机1的定子线圈9如图10所示具有8组×3相＝24的导出口，从8组3相的逆变器21～28分别被供给具有对应的电流相位的电流。
即，定子线圈9的第1组(a1、b1、c1)与逆变器21连接，第2组(a2、b2、c2)与逆变器22连接，第3组(a3、b3、c3)与逆变器23连接，第4组(a4、b4、c4)与逆变器24连接，第5组(a5、b5、c5)与逆变器25连接，第6组(a6、b6、c6)与逆变器26连接，第7组(a7、b7、c7)与逆变器27连接，第8组(a8、b8、c8)与逆变器28连接。
另外，第1组(a1、b1、c1)的相邻的电流相位相互具有360°/3＝120°的相位差。关于第2组(a2、b2、c2)、第3组(a3、b3、c3)、第4组(a4、b4、c4)、第5组(a5、b5、c5)、第6组(a6、b6、c6)、第7组(a7、b7、c7)、第8组(a8、b8、c8)也是同样的。
图11是示出本发明的实施方式4的变极型旋转电机中的定子线圈9的电流相位配置的示意图。图11(a)示出高极(4极)时的2个极对量的电流相位配置，图11(b)示出低极(2极)时的1个极对量的电流相位配置。
在定子6中，在机械角方向上等间隔地配置有定子槽数＝24的定子槽8，在定子槽8中收纳有定子线圈9。
逆变器21～28的控制部3对在定子线圈9中流过的电流相位进行控制，以使在定子线圈9中流过的电流的电流相位配置在高极时和低极时分别成为图11(a)和图11(b)所示的电流相位配置。
具体而言，在图11中，控制部3对在定子线圈9中流过的电流的电流相位进行控制以使得：高极驱动时的极数成为低极驱动时的极数的2倍，在每1极对的定子槽8中使用的不同的电流相位的数量在高极驱动时成为组数n×相数m/2＝12、且在低极驱动时成为组数n×相数m＝24。
接下来，说明本实施方式4中的变极型旋转电机的动作。表4是示出在本发明的实施方式4的变极型旋转电机中逆变器21～28对旋转电机1供给的电流的电流相位顺序的表。逆变器21～28的控制部3依照表4，对在旋转电机1的定子线圈9中流过的电流的电流相位进行切换控制。
[表4]
由此，无需使用绕组切换机构，就能够实现在高极时成为图11(a)所示的电流相位配置、且在低极时成为图11(b)所示的电流相位配置的定子线圈9的电流相位配置的切换控制。
图12是示出本发明的实施方式4的变极型旋转电机中的磁动势波形的示意图。图12(a)示出图11(a)所示的高极时的电流相位配置中的磁动势波形，图12(b)示出图11(b)所示的低极时的电流相位配置中的磁动势波形。
此外，图12所示的磁动势波形是定子槽8内的定子线圈9的线圈匝数完全相等、且在A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相、J相、K相、L相、M相、N相、O相、P相、Q相、R相、S相、T相、U相、V相、W相、X相中分别流过I×cos(0°)、I×cos(-120°)、I×cos(-240°)、I×cos(-15°)、I×cos(-135°)、I×cos(-255°)、I×cos(-30°)、I×cos(-150°)、I×cos(-270°)、I×cos(-45°)、I×cos(-165°)、I×cos(-285°)、I×cos(-60°)、I×cos(-180°)、I×cos(-300°)、I×cos(-75°)、I×cos(-195°)、I×cos(-315°)、I×cos(-90°)、I×cos(-210°)、I×cos(-330°)、I×cos(-105°)、I×cos(-225°)、I×cos(-345°)的电流的状态的波形。即，定子线圈9产生的每个定子槽8的磁动势的绝对值都相等。
在将槽1个周期量(#1-#24)的空间阶数设为k(k是自然数)的情况下，可知图12(a)所示的高极时的磁动势波形为主要包含2k的空间阶数的波形，相对于此，图12(b)所示的低极时的磁动势波形为主要包含k的空间阶数的波形。
即，可知通过逆变器21～28的控制部3依照表3对在旋转电机1的定子线圈9中流过的电流的电流相位进行切换控制，从而实现定子线圈9的电流相位配置的高极(4极)和低极(2极)的切换控制。
接下来，说明本实施方式4中的变极型旋转电机的效果。在图11所示的本实施方式4的旋转电机1中，每极每相的定子槽数是1。另外，相数m是3。
由此，在本实施方式4中，n组逆变器可控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极驱动时成为12，所以相比于以往的变极型旋转电机(例如在专利文献2中电流相位自由度＝3)，能够提高电流相位自由度。其结果，能够将相互相邻的不同的电流相位间的相位差设为360°/12＝30°，所以能够提高旋转电机1的绕组系数。
在图11所示的变极型旋转电机中，作为每极每相的定子槽数设想1，所以能够得到作为分布绕组系数kwd的最大值1。另一方面，在专利文献2中，在高极时电流相位自由度成为3，所以在以与本实施方式4同样的条件计算绕组系数时，绕组系数成为0.866这样的低的值。
如以上那样，根据实施方式4，对在定子线圈中流过的电流相位进行切换控制，以使逆变器21～28可控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在高极时成为组数n×相数m/2＝12、且在低极时成为组数n×相数m＝24。其结果，能够得到无需使用绕组切换机构而在高极时也具有优良的转矩对电流特性的变极型旋转电机以及变极型旋转电机的驱动方法。
另外，通过将定子槽8的数量设为ns，以使ns/(组数n×相数m)成为自然数的方式构成定子槽8，从而能够使每极每相的定子槽数成为自然数，所以能够抑制槽内的不同的电流相位间的干扰。
另外，在图3以及图6中，设为在1个槽内收纳的定子线圈9是2种，但未必限定于此，只要是高极时的磁动势波形的空间阶数相对低极时的磁动势波形的空间阶数为2倍那样的线圈配置即可。例如，在1个槽内收纳的定子线圈9也可以是1种。
另外，在之前的实施方式1中，设为定子槽数是48、且高极时的每极每相的定子槽数是2，但未必限定于此，只要是高极时的分布绕组系数由上式(1)所表现的结构即可。例如，也可以是定子槽数为12，将高极时的每极每相的定子槽数设为1，针对各极对的每一个极对切换布线目的地的逆变器21～24来接线，实现2极以及4极的极数切换。
另外，转子10的转子槽数以及次级导体的数量没有限制，并非限制于图1所示的数量。另外，转子10并非限制于图1所示的笼型转子。在旋转电机1是感应电机的情况下，虽然转子10并非其自身具有磁极，但在本发明中，还能够应用于在转子内部具有永久磁铁等而其自身具有磁极的结构。

Claims (9)

1.一种变极型旋转电机，具有：
旋转电机，构成为具备定子和转子，所述定子在机械角方向上等间隔地配置有定子槽，所述转子通过在收纳于所述定子槽的定子线圈中流过的电流所产生的磁动势而旋转；
n组逆变器，对所述定子线圈供给m相电流；以及
控制部，控制所述n组逆变器，
每个所述定子槽的所述磁动势分别被等间隔地配置，在高极驱动时和低极驱动时切换极数，其中，
所述控制部对在所述定子线圈中流过的电流的电流相位进行控制，以使所述n组逆变器能够控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度在所述高极驱动时成为组数n×相数m/2，在所述低极驱动时成为组数n×相数m，其中，组数n是4的倍数，相数m是与组数n互质的3以上的自然数。
2.根据权利要求1所述的变极型旋转电机，其中，
所述控制部对在所述定子线圈中流过的电流的电流相位进行控制以使得：
所述高极驱动时的极数成为所述低极驱动时的极数的2倍；
在每1极对的所述定子槽中使用的不同的电流相位的数量在所述高极驱动时成为组数n×相数m/2，在所述低极驱动时成为组数n×相数m。
3.根据权利要求1所述的变极型旋转电机，其中，
所述控制部对在所述定子线圈中流过的电流的电流相位进行控制以使得：
所述高极驱动时的极数成为所述低极驱动时的极数的2倍，
在每1极对的所述定子槽中使用的不同的电流相位的数量在所述高极驱动时和所述低极驱动时相等而成为组数n×相数m/2。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的变极型旋转电机，其中，
在将所述定子槽的定子槽数设为ns时，ns/(组数n×相数m)是自然数。
5.根据权利要求4所述的变极型旋转电机，其中，
所述组数n＝4，所述相数m＝3。
6.根据权利要求4所述的变极型旋转电机，其中，
所述组数n＝4，所述相数m＝5。
7.根据权利要求4所述的变极型旋转电机，其中，
所述组数n＝8，所述相数m＝3。
8.根据权利要求1～3、5～7中的任意一项所述的变极型旋转电机，其中，
所述旋转电机是感应电机。
9.一种变极型旋转电机的驱动方法，所述变极型旋转电机具有：
旋转电机，构成为具备定子和转子，所述定子在机械角方向上等间隔地配置有定子槽，所述转子通过在收纳于所述定子槽的定子线圈中流过的电流所产生的磁动势而旋转；
n组逆变器，对所述定子线圈供给m相电流；以及
控制部，控制所述n组逆变器，
每个所述定子槽的所述磁动势分别被等间隔地配置，在高极驱动时和低极驱动时切换极数，
所述变极型旋转电机的驱动方法具有电流供给步骤，在该电流供给步骤中所述控制部通过所述n组逆变器对所述定子线圈供给m相电流，
在所述电流供给步骤中，
在所述低极驱动时，对在所述定子线圈中流过的电流的电流相位进行控制，以使所述n组逆变器能够控制的每1极对的电流相位的数量即电流相位自由度成为组数n×相数m，其中，组数n是4的倍数，相数m是与组数n互质的3以上的自然数，
在所述高极驱动时，对在所述定子线圈中流过的电流的电流相位进行切换，以使所述电流相位自由度成为组数n×相数m/2。
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