CN113196645A - 电动机系统 - Google Patents

Abstract

电动机系统(1)包括电池(10)、逆变器(12)、电动机(14)、零相开关臂(Z)和控制单元(18)。逆变器(12)将从电池(10)输出的直流电力转换成三相交流电力，并且将三相交流电力输出到电动机(14)。电动机(14)的转子(30)通过从逆变器(12)输出的三相交流电力进行旋转。电动机(14)的中性点(N)连接到零相开关臂(Z)。通过零相开关臂(Z)的开关(S1～S6)来对流向电动机(14)的各绕组的零相电流进行调节。由此，在电动机系统(1)中，不仅通过各绕组中流动的三相交流电流，还通过零相电流在转子中产生扭矩。

Description

电动机系统

技术领域

本公开涉及一种电动机系统。

背景技术

电动汽车等使用由电能产生扭矩的电动机。例如，电动机通过设置于转子的永磁体与设置于定子的定子线圈之间的电磁相互作用而在转子中产生扭矩。一般而言，电动机的定子线圈连接到逆变器。在构成定子线圈的多相绕组中，在转子的周围产生旋转磁通的多相交流电流通过逆变器流动。在电动机中，根据所产生的旋转磁通来在转子中产生扭矩。

在专利文献1中，记载了如下技术：对构成定子线圈的多相绕组中流通的零相电流进行控制，以便在转子中产生半径方向的力。零相电流是以相同相位流向构成定子线圈的多相绕组的电流。另外，在专利文献2中记载有电池连接到构成定子线圈的多相绕组的中性点的旋转电动机的控制装置。在专利文献2所记载的技术中，通过逆变器对流向多相绕组的零相电流进行切换，并且通过在多相绕组中产生的感应电动势来使电池的输出电压升压。此外，作为在逆变器中包含的直流电压源的电容器通过升压电压进行充电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2016-42768号公报

专利文献2：日本专利特开2008-306914号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

为了增加在电动机的转子中产生的扭矩，可以考虑增加输入到电动机的多相交流电力。但是，根据输入到逆变器的直流电压和直流电压的利用率，难以将足够的多相交流电力输入到电动机。因此，有时无法得到需要的扭矩。在专利文献1、2中，记载有如下技术：除了在定子线圈中流动的多相交流电流之外还利用零相电流。然而，在上述文献中记载的零相电流并不会增加在转子中产生的扭矩。

本公开的目的是增加电动机的转子中产生的扭矩。

解决技术问题所采用的技术方案

作为本公开的一个方式的第一电动机系统包括：定子芯主体部，上述定子芯主体部包围转子；以及多个极齿，多个上述极齿周状地配置，并且分别从上述定子芯主体部的壁面向上述转子一侧突出。该电动机系统还包括集中卷绕的定子线圈、逆变器和零相开关臂。上述集中卷绕的定子线圈包括多相的绕组，在多个上述极齿中的针对各上述绕组所确定的极齿中配置有上述绕组。上述逆变器连接有多相的上述绕组各自的一端，并且使在上述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的上述绕组。上述零相开关臂共用地连接有多相的上述绕组各自的另一端，并对流向多相的上述绕组的共用连接点的零相电流进行调节，并且通过该零相电流在上述转子中产生扭矩。

另外，作为本公开的一个方式的第二电动机系统包括：定子芯主体部，上述定子芯主体部包围转子；以及多个极齿，多个上述极齿周状地配置，并且分别从上述定子芯主体部的壁面向上述转子一侧突出。该电动机系统还包括集中卷绕的定子线圈以及第一逆变器和第二逆变器。上述集中卷绕的定子线圈包括多相的绕组，在多个上述极齿中的针对各上述绕组所确定的极齿中配置有上述绕组。上述第一逆变器连接有多相的上述绕组各自的一端，并且使在上述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的上述绕组。上述第二逆变器连接有多相的上述绕组各自的另一端，使在上述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的上述绕组，并且对流向多相的上述绕组的零相电流进行调节，并通过该零相电流在上述转子中产生扭矩。

优选地，在第二电动机系统中，各上述绕组具有串联连接的正绕组和逆绕组。各上述绕组的正绕组和逆绕组配置在多个上述极齿中的针对各上述绕组的正绕组和逆绕组所确定的极齿中。多相的上述绕组各自的正绕组和逆绕组的串联连接点被共用地连接。

优选地，作为多相的上述绕组，第二电动机系统包括U相、V相和W相的上述绕组。U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组连接到上述第一逆变器。U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组连接到上述第二逆变器。

优选地，作为多相的上述绕组，第一电动机系统包括U相、V相和W相的各上述绕组。U相、V相和W相的各上述绕组具有未直接连接的正绕组和逆绕组。该电动机系统还包括作为上述逆变器的第一逆变器和第二逆变器、以及作为上述零相开关臂的第一零相开关臂和第二零相开关臂。在该电动机系统中，各相的正绕组和逆绕组配置在多个上述极齿中的针对各相的正绕组和逆绕组所确定的极齿中。上述第一逆变器连接有U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组各自的一端，并且使在上述转子周围产生旋转磁通的电流流向U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组。上述第一零相开关臂共用地连接有U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组各自的另一端，并且对流向U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组的共用连接点的零相电流进行调节。上述第二逆变器连接有U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组各自的一端，并且使在上述转子周围产生旋转磁通的电流流向U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组。上述第二零相开关臂共用地连接有U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组各自的另一端，并且对流向U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组的共用连接点的零相电流进行调节。

优选地，在第一电动机系统中，多相的上述绕组中的每一个包括未直接连接的正绕组和逆绕组。该电动机系统还包括作为上述逆变器的第一逆变器和第二逆变器、以及作为上述零相开关臂的第一零相开关臂和第二零相开关臂。上述第一逆变器连接有多相的正绕组各自的一端，并且使在上述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的正绕组。上述第一零相开关臂共用地连接有多相的正绕组各自的另一端，并且对流向多相的正绕组的共用连接点的零相电流进行调节。上述第二逆变器连接有多相的逆绕组各自的一端，并且使在上述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的逆绕组。上述第二零相开关臂共用地连接有多相的逆绕组各自的另一端，并且对流向多相的逆绕组的共用连接点的零相电流进行调节。

发明效果

根据本公开的技术，能够增加在电动机的转子中产生的扭矩。

附图说明

图1是示出第一实施方式的电动机系统的结构的图。

图2是示出电动机的截面的图。

图3是示出逆变器控制部的结构的图。

图4是示出零相控制部的结构的图。

图5是示出使零相电流在时间上恒定时的扭矩的图。

图6是示出相对于图5的条件将零相电流的极性设为反向时的扭矩的图。

图7是示出零相电流和通过零相磁通在转子中产生扭矩的图。

图8是示出第二实施方式的电动机系统的结构的图。

图9是示出第二逆变器控制部的结构的图。

图10是示出第三实施方式的电动机系统的结构的图。

图11是示出第四实施方式的电动机系统的结构的图。

图12是示出第五实施方式的电动机系统的结构的图。

具体实施方式

本公开涉及一种对流过电动机的定子线圈的电流进行调节并对在转子中产生扭矩进行控制的技术。以下，参照各图对本公开的技术的各实施方式进行说明。对于多个附图中示出的相同构成要素，标注相同符号以简化其说明。

(第一实施方式)

在图1中，示出了第一实施方式的电动机系统1的结构。本实施方式的电动机系统1包括电池10、逆变器12、电动机14、零相开关臂Z和控制单元18。逆变器12将从电池10输出的直流电力转换成三相交流电力，并且将三相交流电力输出到电动机14。电动机14的转子通过从逆变器12输出的三相交流电力进行旋转。电动机14的中性点N连接到零相开关臂Z。如后所述，在本实施方式的电动机系统1中，通过零相开关臂Z的开关来对流向电动机14的各绕组的零相电流进行调节。由此，在本实施方式的电动机系统1中，不仅通过各绕组中流动的三相交流电流，还通过零相电流在转子中产生扭矩。

对本实施方式的电动机系统1的具体结构和动作进行说明。电动机14包括构成集中卷绕的定子线圈的U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W。另外，电动机14包括U相端子22u、V相端子22v、W相端子22w以及转子。U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W各自的一端(第一端)在中性点N处共用地连接。U相绕组20U的另一端(第二端)、V相绕组20V的另一端(第二端)和W相绕组20W的另一端(第二端)分别连接到U相端子22u、V相端子22v和W相端子22w。具体地，U相绕组20U的另一端连接到U相端子22u，V相绕组20V的另一端连接到V相端子22v，W相绕组20W的另一端连接到W相端子22w。通过使三相交流电流流向U相端子22u、V相端子22v和W相端子22w，U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W在电动机14内产生旋转磁通。转子与旋转磁通同步地旋转。

控制单元18例如构成为包括处理器或存储器等运算处理设备。控制单元18通过处理器执行存储在存储器中的程序或经由外部I/F读取的程序来动作。控制单元18对逆变器12和零相开关臂Z的开关进行控制。

逆变器12具有多个开关臂U、V、W。开关臂U由串联连接的上开关元件S1和下开关元件S2构成。开关臂V由串联连接的上开关元件S3和下开关元件S4构成。开关臂W由串联连接的上开关元件S5和下开关元件S6构成。

开关臂U、V、W被并联连接，上述开关臂的上端(第一端)连接到电池10的正极端子，下端(第二端)连接到电池10的负极端子。

在开关臂U中的上开关元件S1与下开关元件S2的连接点处连接有电动机14的U相端子22u。在开关臂V中的上开关元件S3与下开关元件S4的连接点处连接有电动机14的V相端子22v。在开关臂W中的上开关元件S5与下开关元件S6的连接点处连接有电动机14的W相端子22w。

零相开关臂Z包括串联连接的上开关元件A1和下开关元件A2。在上开关元件A1与下开关元件A2的连接点处连接有电动机14的中性点N。上开关元件A1的上端(零相开关臂Z的第一端)连接到电池10的正极端子。下开关元件A2的下端(零相开关臂Z的第二端)连接到电池10的负极端子。

对于逆变器12和零相开关臂Z所包括的开关元件，可以使用IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等半导体元件。在图1中，示出了使用IGBT作为开关元件的示例。在各IGBT中，在集电极端子与发射极端子之间以使发射极端子侧成为阳极端子的朝向连接的方式连接有二极管D。

在图2中，示出了电动机14的与轴向垂直的截面。电动机14包括转子30、定子芯32以及集中卷绕的定子线圈36。定子芯32由定子芯主体部34以及多个极齿T1～T12构成。定子芯主体部34具有圆柱形状的中空部。在图2中，示出了设置有12个极齿T1～T12的定子芯32的示例。极齿T1～T12沿周向配置于定子芯主体部34的内壁面。各极齿T1～T12向定子芯32的内侧(向转子30侧)突出。各极齿T1～T12在图2所示的截面形状中具有朝向电动机14的旋转轴延伸的形状。在各极齿T1～T12的前端部形成有沿周向突出的凸缘。在相邻的极齿之间形成有切槽38。即，在定子芯32中，通过12个极齿T1～T12形成有沿周向排列的12个切槽38。

U相绕组20U包括U相正绕组20U+和U相逆绕组20U－。U相正绕组20U+由卷绕于极齿T1、T7的导线构成。U相逆绕组20U－由卷绕于极齿T4、T10的导线构成。

在此，正绕组和逆绕组是指导线相对于极齿的卷绕方向反向的两种绕组。若电流从正绕组和逆绕组流向中性点时、或者当电流从中性点流向正绕组和逆绕组，则在设置有正绕组的极齿和设置有逆绕组的极齿中产生彼此反向的磁通。

V相绕组20V包括V相正绕组20V+和V相逆绕组20V－。V相正绕组20V+由卷绕于极齿T5、T11的导线构成。V相逆绕组20V－由卷绕于极齿T2、T8的导线构成。

W相绕组20W包括W相正绕组20W+和W相逆绕组20W－。W相正绕组20W+由卷绕于极齿T3、T9的导线构成。W相逆绕组20W－由卷绕于极齿T6、T12的导线构成。

通过使三相交流电流流向U相绕组20U(20U+、20U－)、V相绕组20V(20V+、20V－)和W相绕组20W(20W+、20W－)，在定子芯32的内部产生旋转磁通Φr。即，从外侧朝向内侧的磁通和从内侧朝向外侧的磁通以机械角90°间隔产生。该磁通与流向U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W的三相交流电流同步地旋转。即，在转子30的周围产生旋转磁通Φr。

这样，电动机14包括转子30、定子芯32以及集中卷绕的定子线圈36。定子芯主体部34包围转子30。极齿T1～T12分别从定子芯主体部34的壁面向转子30侧突出，并且周状地配置。集中卷绕的定子线圈36具有U相、V相和W相的绕组。集中卷绕的定子线圈36配置在极齿T1～T12中的作为卷绕绕组的对象而预先确定的极齿中。由此，在本实施方式的电动机系统1中，通过定子芯32、U相绕组20U、V相绕组20V、W相绕组20W，构成2极6切槽的集中卷绕的定子。

转子30包括圆柱形状的转子主体部40以及4个永磁体M1～M4。转子主体部40在定子芯主体部34的中空部中以与中空部同轴的方式配置。永磁体M1～M4将与转子30的径向垂直的方向设为宽度方向，并且沿电动机14的轴向延伸。永磁体M1～M4以使相邻的永磁体的极性相反的朝向周状地配置。在本实施方式的电动机系统1中，通过在定子芯32的内部产生的旋转磁通Φr与设置于转子30的永磁体M1～M4之间的磁作用，在转子30中产生扭矩。由此，转子30以与旋转磁通Φr同步的转速进行旋转。

在图2中，在某个时刻，在各绕组中流动的零相电流的朝向由虚线的箭头、黑色圆圈标记和×标记表示。黑色圆圈表示沿远离图的描绘面的方向流动的零相电流，×标记表示沿朝向图的描绘面的方向流动的零相电流。即，零相电流沿图2所示的虚线箭头的方向流动。在图2所示的朝向的零相电流流向各绕组的情况下，在各极齿T1～T12中产生图2的单点划线的箭头所示方向的零相磁通Φ0。在本实施方式的电动机系统1中，如后述那样，通过零相磁通Φ0与转子30之间的磁作用，调节了零相电流以在转子30中产生扭矩。

在图3中，示出了包括在控制单元18中的逆变器控制部50的结构。逆变器控制部50包括载波信号生成部54、多个目标信号生成部52u、52v、52w、多个比较部56u、56v、56w以及多个缓冲器58u、58v、58w。

载波信号生成部54生成载波信号Cr，并且将载波信号Cr输出到比较部56u、56v、56w。载波信号Cr也可以是时间波形为三角波的信号。目标信号生成部52u、52v、52w分别生成表示相对于流向电动机14的U相绕组20U的U相电流、流向V相绕组20V的V相电流以及流向W相绕组20W的W相电流的目标值的目标信号Su、Sv、Sw。具体地，目标信号生成部52u生成表示相对于流向U相绕组20U的U相电流的目标值的目标信号Su。目标信号生成部52v生成表示相对于流向V相绕组20V的V相电流的目标值的目标信号Sv。目标信号生成部52w生成表示相对于流向W相绕组20W的W相电流的目标值的目标信号Sw。所生成的目标信号Su、Sv、Sw分别输出到比较部56u、56v、56w。具体地，目标信号Su被输出到比较部56u。目标信号Sv被输出到比较部56v。目标信号Sw被输出到比较部56w。目标信号Su、Sv、Sw也可以是彼此的相位差为120°的正弦波信号。

比较部56u基于目标信号Su与载波信号Cr的比较结果来生成控制信号GUu，并且将控制信号GUu输出到缓冲器58u。具体地，在目标信号Su的值大于载波信号Cr的值的期间，比较部56u生成变高的控制信号GUu，在目标信号Su的值为载波信号Cr的值以下的期间，比较部56u生成变低的控制信号GUu，并且将控制信号GUu输出到缓冲器58u。缓冲器58u输出从比较部56u输入的控制信号(第一控制信号)GUu以及通过对控制信号GUu的高和低进行反转而得到的控制信号(第二控制信号)GLu。即，缓冲器58u输出信号值为高的控制信号GUu以及信号值为低的控制信号GLu。或者，输出信号值为低的控制信号GUu以及信号值为高的控制信号GLu。另外，控制信号GUu、GLu是对逆变器12所包括的开关臂U的各开关元件S1、S2进行控制的信号。

通过同样的处理，比较部56v基于目标信号Sv与载波信号Cr的比较结果来生成控制信号GUv，并且将控制信号GUv输出到缓冲器58v。缓冲器58v输出控制信号GUv以及对控制信号GUv的高和低进行反转而得到的控制信号GLv。另外，控制信号GUv、GLv是对逆变器12所包括的开关臂V的各开关元件S3、S4进行控制的信号。

通过同样的处理，比较部56w基于目标信号Sw与载波信号Cr的比较结果来生成控制信号GUw，并且将控制信号GUw输出到缓冲器58w。缓冲器58w输出控制信号GUw以及对控制信号GUw的高和低进行反转而得到的控制信号GLw。另外，控制信号GUw、GLw是对逆变器12所包括的开关臂W的各开关元件S5、S6进行控制的信号。

在图1所示的逆变器12中，开关臂U的上开关元件S1在控制信号GUu为高时接通，在控制信号GUu为低时断开。开关臂U的下开关元件S2在控制信号GLu为高时接通，在控制信号GLu为低时断开。

开关臂V的上开关元件S3在控制信号GUv为高时接通，在控制信号GUv为低时断开。开关臂V的下开关元件S4在控制信号GLv为高时接通，在控制信号GLv为低时断开。

开关臂W的上开关元件S5在控制信号GUw为高时接通，在控制信号GUw为低时断开。开关臂W的下开关元件S6在控制信号GLw为高时接通，在控制信号GLw为低时断开。

在本实施方式的电动机系统1中，通过逆变器控制部50对逆变器12所包括的各开关元件S1～S6进行控制，由此使三相交流电流流向电动机14的U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W。由此，在本实施方式的电动机系统1中，在定子芯32的内部产生旋转磁通Φr，并且通过该旋转磁通Φr与转子30的磁作用，在转子30中产生扭矩。

在图4中，示出了包括在控制单元18中的零相控制部60的结构。零相控制部60包括载波信号生成部54、零相信号生成部52z、比较部56z以及缓冲器58z。

载波信号生成部54生成载波信号Cr，并且将载波信号Cr输出到比较部56z。零相信号生成部52z生成表示相对于零相电流的目标值的零相信号Sz，并且将零相信号Sz输出到比较部56z。零相信号Sz也可以是具有目标信号Su、Sv、Sw的频率的3倍频率的正弦波信号。

比较部56z基于零相信号Sz与载波信号Cr的比较结果来生成控制信号GUz，并且将控制信号GUz输出到缓冲器58z。缓冲器58z输出从比较部56z输入的控制信号(第三控制信号)GUz以及通过对控制信号GUz的高和低进行反转而得到的控制信号(第四控制信号)GLz。另外，控制信号GUz、GLz是对零相开关臂Z所包括的各开关元件A1、A2进行控制的信号。

在图1所示的零相开关臂Z中，上开关元件A1在控制信号GUz为高时接通，在控制信号GUz为低时断开。下开关元件A2在控制信号GLz为高时接通，在控制信号GLz为低时断开。

根据零相控制部60所执行的开关控制，基于后述的原理，通过定子芯32内的零相磁通Φ0在转子30中产生扭矩的零相电流流向U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W。由此，在本实施方式的电动机系统1中，不仅三相交流电流对扭矩有贡献，还能够使零相电流对扭矩有贡献，通过零相电流来增加扭矩。即，能够通过零相磁通Φ0来增加扭矩。另外，在本实施方式的电动机系统1中，由于不仅三相交流电流对扭矩有贡献，还使零相电流对扭矩有贡献，因此，提高了从电池10输出的电力的利用效率。此外，零相磁通Φ0在多个极齿T1～T12的范围内分布，并且穿过与旋转磁通Φr不同的磁路。因此，提高了定子芯32中的铁芯的利用效率。

对通过零相磁通在转子中产生扭矩的原理进行说明。在图5中，作为用于说明原理的特性，示出了假设使零相电流在时间上恒定时的扭矩。横轴表示转子的旋转电角度，纵轴表示在转子中产生的扭矩。转子与旋转磁通同步地旋转。使转子产生扭矩TQ1时的零相电流的大小(绝对值)大于使转子产生扭矩TQ2时的零相电流的大小。使转子产生扭矩TQ2时的零相电流的大小大于使转子产生扭矩TQ3时的零相电流的大小。

在图6中，作为用于说明原理的特性，示出了使零相电流在时间上恒定且相对于图5将零相电流的极性(流动朝向)设为反向时的扭矩。使转子产生扭矩TQ4时的零相电流的大小大于使转子产生扭矩TQ5时的零相电流的大小。使转子产生扭矩TQ5时的零相电流的大小大于使转子产生扭矩TQ6时的零相电流的大小。

如图5和图6所示，旋转电角度每增加60°，扭矩的极性就会改变。因此，在直流的零相电流中，通过零相磁通Φ0在转子中产生扭矩的朝向不是恒定方向。因此，难以使零相磁通Φ0对转子的扭矩有贡献。

从图5和图6的比较中可以明显地看出，若使零相电流的极性反转，则在转子中产生扭矩的朝向变为反向。另外，零相电流的大小越大，扭矩的大小就越大。因此，本实施方式的电动机系统1构成为通过使旋转电角度每增加60°，零相电流的极性就会反转的正弦波的零相电流流向各绕组，从而将扭矩的朝向设为恒定。这样的零相电流是换算成旋转电角度的周期为120°的零相电流。这样的零相电流的频率是流向U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W的三相交流电流的频率的3倍。

参考图2对该动作原理进行说明。在相邻的极齿中，零相磁通Φ0的朝向是反向的。如图2所示，在某个时刻，在极齿T1中，零相磁通Φ0从内侧朝向外侧。另外，在极齿T2中，零相磁通Φ0从外侧朝向内侧。在极齿T3中，零相磁通Φ0从内侧朝向外侧。以下，在极齿T4、T5、…T12中，零相磁通Φ0的朝向交替地反向。因此，本实施方式的电动机系统1在从转子30的存在磁极的极齿的位置旋转到相邻的极齿的位置时，以使零相磁通Φ0的朝向变为反向的方式使零相电流变化。由此，从转子30的磁极观察的零相磁通Φ0的朝向变为相同，并且沿恒定方向产生扭矩。转子30每旋转极齿的间隔的量的机械角为30°，旋转电角度为60°。即，通过使旋转角度每增加60°，极性就会反转的正弦波的零相电流流向各绕组，从而将在转子30中产生的扭矩的朝向设为恒定。

在图7中，示出了在各绕组中流动的零相电流Iz以及通过零相磁通Φ0在转子30中产生的扭矩Tq。横轴表示转子30的旋转电角度，纵轴表示零相电流Iz和在转子30中产生的扭矩Tq。零相电流Iz换算成旋转电角度而具有120°的周期。扭矩Tq以旋转电角度30°的间隔反复产生极大值和极小值。

(第二实施方式)

在图8中，示出了第二实施方式的电动机系统2的结构。本实施方式的电动机系统2包括电池10、第一逆变器121、第二逆变器122和电动机14。第一逆变器121具有与图1所示的逆变器12相同的电路结构。但是，为了与图1所示的逆变器12进行区分，图1所示的开关臂U在图8中被表示为开关臂U1。同样地，开关臂V被表示为开关臂V1，开关臂W被表示为开关臂W1。

第二逆变器122包括多个开关臂U2、V2、W2。开关臂U2由串联连接的上开关元件B1和下开关元件B2构成。开关臂V2由串联连接的上开关元件B3和下开关元件B4构成。开关臂W2由串联连接的上开关元件B5和下开关元件B6构成。

开关臂U2、V2、W2并联连接，这些开关臂的上端连接到电池10的正极端子，下端连接到电池10的负极端子。

在图8中，示出了构成U相绕组20U的U相正绕组20U+和U相逆绕组20U－。同样地，示出了构成V相绕组20V的V相正绕组20V+和V相逆绕组20V－，示出了构成W相绕组20W的W相正绕组20W+和W相逆绕组20W－。

在第一实施方式的电动机系统1中，U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W各自的一端连接到中性点N，各绕组的另一端连接到逆变器12。与此相对，在本实施方式的电动机系统2中，U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W各自的一端(第一端)连接到第一逆变器121。U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W各自的另一端(第二端)连接到第二逆变器122。具体地，U相绕组20U的另一端连接到开关元件B1、B2的连接点。V相绕组20V的另一端连接到开关元件B3、B4的连接点。W相绕组20W的另一端连接到开关元件B5、B6的连接点。

与图1所示的逆变器12同样地，第一逆变器121由图3所示的逆变器控制部50控制。在图9中，示出了包括在控制单元18中的第二逆变器控制部70的结构。第二逆变器122由第二逆变器控制部70控制。即，在本实施方式的电动机系统2中，图3所示的逆变器控制部50相当于第一逆变器控制部，对第一逆变器121进行控制，图9所示的第二逆变器控制部70对第二逆变器122进行控制。第二逆变器控制部70包括载波信号生成部54、多个目标信号生成部72u、72v、72w、零相信号生成部74、多个加法器76u、76v、76w、多个比较部56u、56v、56w以及多个缓冲器58u、58v、58w。

目标信号生成部72u、72v、72w分别生成表示相对于流向电动机14的U相绕组20U的U相电流、流向V相绕组20V的V相电流以及流向W相绕组20W的W相电流的目标值的目标信号Qu、Qv、Qw。具体地，目标信号生成部72u生成表示相对于流向U相绕组20U的U相电流的目标值的目标信号Qu。目标信号生成部72v生成表示相对于流向V相绕组20V的V相电流的目标值的目标信号Qv。目标信号生成部72w生成表示相对于流向W相绕组20W的W相电流的目标值的目标信号Qw。所生成的目标信号Qu、Qv、Qw分别输出到加法器76u、76v、76w。具体地，目标信号Qu被输出到加法器76u。目标信号Qv被输出到加法器76v。目标信号Qw被输出到加法器76w。目标信号Qu、Qv、Qw也可以是彼此的相位差为120°的正弦波信号。

零相信号生成部74生成表示相对于流向U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W的零相电流的目标值的零相信号S0，并且将零相信号S0输出到加法器76u、76v、76w。零相信号S0也可以是具有目标信号Qu、Qv、Qw的频率的3倍频率的正弦波信号。

加法器76u将零相信号S0与目标信号Qu相加，并且将作为加法结果而得到的U相目标信号Qu0输出到比较部56u。加法器76v将零相信号S0与目标信号Qv相加，并且将作为加法结果而得到的V相目标信号Qv0输出到比较部56v。加法器76w将零相信号S0与目标信号Qw相加，并且将作为加法结果而得到的W相目标信号Qw0输出到比较部56w。

载波信号生成部54生成载波信号Cr，并且将载波信号Cr输出到比较部56u、56v、56w。比较部56u基于目标信号Qu0与载波信号Cr的比较结果来生成控制信号FUu，并且将控制信号FUu输出到缓冲器58u。缓冲器58u输出从比较部56u输入的控制信号(第一控制信号)FUu和通过对控制信号FUu的高和低进行反转而得到的控制信号(第二控制信号)FLu。另外，控制信号FUU、FLU是对第二逆变器122所包括的开关臂U2的各开关元件B1、B2进行控制的信号。

比较部56v基于目标信号Qv0与载波信号Cr的比较结果来生成控制信号FUv，并且将控制信号FUv输出到缓冲器58v。缓冲器58v输出控制信号FUv以及对控制信号FUv的高和低进行反转而得到的控制信号FLv。控制信号FUv、FLv是对第二逆变器122所包括的开关臂V2的各开关元件B3、B4进行控制的信号。比较部56w基于目标信号Qw0与载波信号Cr的比较结果来生成控制信号FUw，并且将控制信号FUw输出到缓冲器58w。缓冲器58w输出控制信号FUw以及对控制信号FUw的高和低进行反转而得到的控制信号FLw。控制信号FUw、FLw是对第二逆变器122所包括的开关臂W2的各开关元件B5、B6进行控制的信号。

在图8所示的第二逆变器122中，开关臂U2的上开关元件B1在控制信号FUu为高时接通，在控制信号FUu为低时断开。开关臂U2的下开关元件B2在控制信号FLu为高时接通，在控制信号FLu为低时断开。

开关臂V2的上开关元件B3在控制信号FUv为高时接通，在控制信号FUv为低时断开。开关臂V2的下开关元件B4在控制信号FLv为高时接通，在控制信号FLv为低时断开。

开关臂W2的上开关元件B5在控制信号FUw为高时接通，在控制信号FUw为低时断开。开关臂W2的下开关元件B6在控制信号FLw为高时接通，在控制信号FLw为低时断开。

在本实施方式的电动机系统2中，通过逆变器控制部50和第二逆变器控制部70对第一逆变器121(各开关元件S1～S6)以及第二逆变器122(各开关元件B1～B6)进行控制，由此使三相交流电流流向电动机14的U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W。由此，在本实施方式的电动机系统2中，在定子芯32的内部产生旋转磁通Φr。另外，在本实施方式的电动机系统2中，通过第二逆变器控制部70对第二逆变器122进行控制，由此使如图7所示的零相电流流向电动机14的U相绕组20U、V相绕组20V和W相绕组20W。由此，在本实施方式的电动机系统2中，通过基于该零相电流的零相磁通Φ0与转子30的磁作用，在转子30中产生扭矩。

(第三实施方式)

在图10中，示出了第三实施方式的电动机系统3的结构。本实施方式的电动机系统3构成为使第二实施方式的电动机系统2中的、U相正绕组20U+与U相逆绕组20U－的串联连接点、V相正绕组20V+与V相逆绕组20V－的串联连接点、以及W相正绕组20W+与W相逆绕组20W－的串联连接点在中性点N处共用地连接。此外，本实施方式的电动机系统3构成为调换V相正绕组20V+和V相逆绕组20V－的配置。第一逆变器121和第二逆变器122的动作与第二实施方式中的动作相同。

对将V相正绕组20V+和V相逆绕组20V－的配置进行调换的技术意义进行说明。在第一实施方式的电动机14中，如图2所示，在一个切槽中的多个导线上流过相同方向的电流。与此相对，如本实施方式那样，若调换V相正绕组20V+和V相逆绕组20V－的配置，则电流沿使磁通变弱的方向流动。具体地，在具有U相正绕组20U+和W相逆绕组20W－的切槽、以及具有U相逆绕组20U－和W相正绕组20W+的切槽以外的切槽中，相邻绕组中流动的电流变为反向，并且磁通变弱。由此，由零相磁通Φ0引起的扭矩的空间周期在旋转电角度下为180°、在机械角下为90°。因此，在第一实施方式所记载的结构和本实施方式所记载的结构中，在转子30以相同速度旋转的情况下，与第一实施方式的电动机系统1相比，在本实施方式的电动机系统3中，由零相磁通Φ0引起的扭矩的脉动频率变小。

另外，在上述中，对第一逆变器121由相当于第一逆变器的逆变器控制部50控制，第二逆变器122由第二逆变器控制部70控制的结构进行了说明。本公开的技术不限定于该结构。例如，本实施方式的电动机系统3也可以构成为第一逆变器121和第二逆变器122分别由单独设置的第二逆变器控制部70(两个第二逆变器控制部)控制。

(第四实施方式)

在图11中，示出了第四实施方式的电动机系统4的结构。本实施方式的电动机系统4构成为使第三实施方式的电动机系统3中的U相正绕组20U+、V相逆绕组20V－和W相正绕组20W+的共用连接点连接到第一零相开关臂Z1。此外，本实施方式的电动机系统4构成为使第三实施方式的电动机系统3中的U相逆绕组20U－、V相正绕组20V+和W相逆绕组20W－的共用连接点连接到第二零相开关臂Z2。在各相中，单独地设置有正绕组和逆绕组而并未直接连接。

第一零相开关臂Z1包括串联连接的开关元件A11、A21。在开关元件A11、A21的连接点处连接有U相正绕组20U+、V相逆绕组20V－和W相正绕组20W+的共用连接点。开关元件A11的上端连接到电池10的正极端子，开关元件A21的下端连接到电池10的负极端子。

第二零相开关臂Z2包括串联连接的开关元件A12、A22。在开关元件A12、A22的连接点处连接有U相逆绕组20U－、V相正绕组20V+和W相逆绕组20W－的共用连接点。开关元件A12的上端连接到电池10的正极端子，开关元件A22的下端连接到电池10的负极端子。

构成开关臂Z1的开关元件A11、A12对流向U相正绕组20U+、V相逆绕组20V－和W相正绕组20W+的零相电流进行调节。构成开关臂Z2的开关元件A21、A22对流向U相逆绕组20U－、V相正绕组20V+和W相逆绕组20W－的零相电流进行调节。

由此，在本实施方式的电动机系统4中，在U相正绕组20U+、V相逆绕组20V－和W相正绕组20W+、以及U相逆绕组20U－、V相正绕组20V+和W相逆绕组20W－中产生使转子30中产生扭矩的零相磁通Φ0。

(第五实施方式)

在图12中，示出了第五实施方式的电动机系统5的结构。本实施方式的电动机系统5构成为调换第四实施方式的电动机系统4中的V相正绕组20V+和V相逆绕组20V－的配置。在第四实施方式的电动机系统4中，由零相磁通Φ0引起的扭矩的空间周期在旋转电角度下为180°、在机械角下为90°。与此相对，在本实施方式的电动机系统5中，由零相磁通Φ0引起的扭矩的空间周期在旋转电角度下为60°、在机械角下为30°。

符号说明

1～5 电动机系统、10 电池、12 逆变器、121 第一逆变器、122 第二逆变器、14 电动机、18 控制单元、20U U相绕组、20V V相绕组、20W W相绕组、20U+ U相正绕组、20U－ U相逆绕组、20V+ V相正绕组、20V－ V相逆绕组、20W+ W相正绕组、20W－ W相逆绕组、22u U相端子、22v V相端子、22w W相端子、30 转子、32 定子芯、34 定子芯主体部、36 集中卷绕的定子线圈、38 切槽、40 转子主体部、50 逆变器控制部、52u、52v、52w、72u、72v、72w 目标信号生成部、52z、74 零相信号生成部、54 载波信号生成部、56u、56v、56w、56z 比较部、58u、58v、58w、58z 缓冲器、60 零相控制部、70第二逆变器控制部、76u、76v、76w 加法器、U、V、W、U1、V1、W1、U2、V2 开关臂、Z、Z1、Z2 零相开关臂、S1～S6、B1～B6、A1、A2、A11、A12、A21、A22开关元件、T1～T12 极齿、M1～M4 永磁体、Φr 旋转磁通、Φ0 零相磁通。

Claims (6)

1.一种电动机系统，包括：

定子芯主体部，所述定子芯主体部包围转子；

多个极齿，多个所述极齿周状地配置，并且分别从所述定子铁芯主体部的壁面向所述转子一侧突出；

集中卷绕的定子线圈，所述集中卷绕的定子线圈包括多相的绕组，并且在多个所述极齿中的针对各所述绕组所确定的极齿中配置有所述绕组；

逆变器，所述逆变器连接有多相的所述绕组各自的一端，并且使在所述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的所述绕组；以及

零相开关臂，所述零相开关臂共用地连接有多相的所述绕组各自的另一端，对流向多相的所述绕组的共用连接点的零相电流进行调节，并且通过所述零相电流在所述转子中产生扭矩。

2.一种电动机系统，包括：

定子芯主体部，所述定子芯主体部包围转子；

多个极齿，多个所述极齿周状地配置，并且分别从所述定子铁芯主体部的壁面向所述转子一侧突出；

集中卷绕的定子线圈，所述集中卷绕的定子线圈包括多相的绕组，并且在多个所述极齿中的针对各所述绕组所确定的极齿中配置有所述绕组；

第一逆变器，所述第一逆变器连接有多相的所述绕组各自的一端，并且使在所述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的所述绕组；以及

第二逆变器，所述第二逆变器连接有多相的所述绕组各自的另一端，使在所述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的所述绕组，并且对流向多相的所述绕组的零相电流进行调节，并通过所述零相电流在所述转子中产生扭矩。

3.如权利要求2所述的电动机系统，其特征在于，

各所述绕组具有串联连接的正绕组和逆绕组，在多个所述极齿中的针对各所述绕组的正绕组和逆绕组所确定的极齿中配置有各所述绕组的正绕组和逆绕组，

多相的所述绕组各自的正绕组和逆绕组的串联连接点共用地连接。

4.如权利要求3所述的电动机系统，其特征在于，

作为多相的所述绕组，所述电动机系统包括U相、V相和W相的所述绕组，

U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组连接到所述第一逆变器，

U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组连接到所述第二逆变器。

5.如权利要求1所述的电动机系统，其特征在于，

作为多相的所述绕组，所述电动机系统包括U相、V相和W相的各所述绕组，

U相、V相和W相的各所述绕组具有未直接连接的正绕组和逆绕组，

在多个所述极齿中的针对各相的正绕组和逆绕组所确定的极齿中配置有各相的正绕组和逆绕组，

所述电动机系统包括：

第一逆变器，所述第一逆变器连接有U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组各自的一端，并且使在所述转子周围产生旋转磁通的电流流向U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组；

第一零相开关臂，所述第一零相开关臂共用地连接有U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组各自的另一端，并且对流向U相的正绕组、V相的逆绕组和W相的正绕组的共用连接点的零相电流进行调节；

第二逆变器，所述第二逆变器连接有U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组各自的一端，并且使在所述转子周围产生旋转磁通的电流流向U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组；以及

第二零相开关臂，所述第二零相开关臂共用地连接到U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组各自的另一端，并且对流向U相的逆绕组、V相的正绕组和W相的逆绕组的共用连接点的零相电流进行调节。

6.如权利要求1所述的电动机系统，其特征在于，

多相的所述绕组中的每一个包括未直接连接的正绕组和逆绕组，

所述电动机系统包括：

第一逆变器，所述第一逆变器连接有多相的正绕组各自的一端，并且使在所述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的正绕组；

第一零相开关臂，所述第一零相开关臂共用地连接有多相的正绕组各自的另一端，并且对流向多相的正绕组的共用连接点的零相电流进行调节；

第二逆变器，所述第二逆变器连接有多相的逆绕组各自的一端，并且使在所述转子周围产生旋转磁通的电流流向多相的逆绕组；以及

第二零相开关臂，所述第二零相开关臂共用地连接有多相的逆绕组各自的另一端，并且对流向多相的逆绕组的共用连接点的零相电流进行调节。

Images