CN105103411A - 永磁体型电动机及电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明获得一种能确保电动机的控制性并能利用磁阻转矩的永磁体型电动机。电枢绕组(12)是多组多相绕组，所述电枢绕组(12)的多个组分别由独立的逆变器提供电流，转子铁心(18)的表面部沿周向配置有永磁体(19)，相邻的所述永磁体(19)的极性彼此相反，相邻的所述永磁体(19)之间设有由从所述转子铁心(18)突出设置的磁性体构成的突起部(46)，所述突起部(46)与所述永磁体(19)之间在转轴方向上夹有非磁性的间隙部(47)。

Description

永磁体型电动机及电动助力转向装置

技术领域

本发明涉及由在定子铁心上卷绕有多重多相绕组的定子、以及在与转子铁心相邻配置的不同极性的永磁体之间设有磁性体的突起部的转子所构成的永磁体型电动机、以及搭载有该永磁体型电动机的电动助力转向装置。

背景技术

专利文献1公开了在一个交流电动机内有多个多相绕组群的多重多相绕组电动机，该多相绕组群由多相绕组和对该多相绕组进行驱动的逆变器构成。在这种电动机中，通过对某一个多相绕组和其它多相绕组彼此的逆变器进行通电，使得该某一个多相绕组所产生的转矩脉动与其它多相绕组所产生的转矩脉动的相位相反，从而能抵消整个电动机的转矩脉动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7－298685号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在多重多相绕组的交流电动机中，若将多个多相绕组靠近配置，则某一多相绕组所产生的磁通会与其它多相绕组交链，从而在上述其它多相绕组中产生电压。这会作为干扰而通过其它多相绕组的逆变器叠加到用于进行通电的施加电压中，因此存在使彼此的多相绕组所产生的转矩脉动相位相反而互相抵消的电动机控制变得更难的问题。

本发明鉴于上述课题，提供一种能确保电动机的控制性的永磁体型电动机、以及搭载该永磁体型电动机的电动助力转向装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的永磁体型电动机包括：定子，该定子具有在槽中收纳有电枢绕组的定子铁心；以及转子，该转子具有在所述定子的内周侧隔着空气间隙而与所述定子相对的转子铁心，且由转轴以能够自由旋转的方式进行支承，所述电枢绕组为多组多相绕组，所述电枢绕组的多个组分别由独立的逆变器提供电流。

在所述转子铁心的表面部，在周向上配置有永磁体，相邻的所述永磁体的极性彼此相反，在相邻的所述永磁体之间设置有由从所述转子铁心突出设置的磁性体构成的突起部，所述突起部与所述永磁体之间，在整个转轴方向或转轴方向的一部分上夹有非磁性的间隙部。

发明效果

本发明所涉及的永磁体型电动机对于多重多相绕组交流电动机，在相邻的永磁体之间设有磁性体的突起部，因此在各个多相绕组中能增大磁阻转矩，能提高电动机的输出。另一方面，通过在转子铁心的表面部配置永磁体，从而能增大转子与定子之间的磁间隙，并且通过在永磁体与突起部之间设置非磁性的间隙部，从而能抑制多相绕组间的磁耦合、即互感的增加，因此即使在电流的控制响应频率较高的情况下，多相绕组之间的干扰电压也不容易相互叠加，能实现抵消转矩脉动这样的电动机控制。并且，在搭载有本发明所涉及的永磁体型电动机的电动助力转向装置中也能起到同样的效果。

关于本发明的上述以外的目的、特征、观点及效果，可以通过参照附图所进行的以下本发明的详细说明来进一步明确。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的多重多相绕组交流电动机的电枢绕组的连接方法的说明图。

图2是表示实施方式1中的多重多相绕组交流电动机的组间的电枢绕组的等效电路的说明图。

图3是表示实施方式1中的多重多相绕组交流电动机的q轴的等效电路结构的说明图。

图4是表示实施方式1中的电动驱动装置的结构的说明图。

图5是表示实施方式1中的多重多相绕组的永磁体型电动机的结构的剖视图。

图6是对实施方式1中的多重多相绕组交流电动机的驱动方法进行说明的电路图。

图7是表示实施方式1中的多重多相绕组交流电动机的转矩特性的说明图。

图8是简要示出实施方式2所涉及的转子的说明图。

图9是表示改变图8中突起部与定子铁心相对的面所占的电气角度θt时的无负载转速、铁心长度的图。

图10是简要示出实施方式3所涉及的转子的说明图。

图11是表示使图10中永磁体的厚度Tm恒定而改变突起部的高度h时的无负载转速、铁心长度的图。

图12是简要示出实施方式4所涉及的转子的说明图。

图13是表示使图12中的突起部的宽度保持恒定的状态下改变永磁体与突起部的间隔时的额定转矩的变化的图。

图14是表示实施方式5中的转子的结构的说明图。

图15是表示实施方式1中的转子的立体图。

图16是表示实施方式6中的转子的立体图。

图17是表示实施方式1中的电动机端子的电压波形的说明图。

图18是表示通常的电动助力转向装置的结构的说明图。

具体实施方式

实施方式1

图18是表示汽车的通常的电动助力转向装置的结构的说明图。驾驶员操作方向盘(未图示)，其转矩通过转向轴(未图示)传递到轴3。此时，转矩传感器4检测出的转矩转换为电信号，并通过电缆(未图示)经由连接器1传递到ECU(ElectronicControlUnit：电子控制单元)。ECU具备对控制基板和电动机进行驱动的逆变器电路。另一方面，车速等汽车信息被转换为电信号，并经由连接器2传输至ECU。ECU基于该转矩和车速等汽车信息来运算所需的辅助转矩，通过逆变器向永磁体型电动机5提供电流。

永磁体型电动机5沿平行于齿条轴的移动方向Dr(箭头所示)的方向进行配置。从电池或交流发电机通过电源连接器6向ECU进行供电。电动机5所产生的转矩由齿轮箱7进行减速，并产生使位于外壳8内部的齿条轴(未图示)沿箭头方向Dr移动的推力来辅助驾驶员的转向力，上述齿轮箱7中内置有传送带(未图示)和球形螺钉(未图示)。由此，横拉杆9移动，轮胎转动从而能使车辆转向。能利用永磁体型电动机5的转矩来进行辅助，使得驾驶员能以较少的转向力使车辆转向。此外，设置齿条防尘套(rackboot)10以使得异物不会进入装置内。电动机5与ECU形成一体，构成电动驱动装置。

图4是表示实施方式1中的电动驱动装置的结构的说明图。另外，各图中相同的标号表示相同或相当的部分。电动驱动装置采用本发明的永磁体型电动机即多重多相绕组交流电动机与ECU一体的结构。首先，对具有多重多相绕组的永磁体型电动机进行说明。永磁体型电动机5具有由电磁钢板层叠构成的定子铁心11、收纳在定子铁心11中的电枢绕组12、以及对定子铁心11进行固定的框架13。而且，框架13由设置于电动机5前表面部的外壳14和螺栓15固定。外壳14上设有轴承15a，轴承15a与轴承15b一同对转轴(轴)16进行支承，以使其自由旋转。轴承15b支承于壁部17，该壁部17设置为与框架13成为一体，或单独进行设置。将转子铁心18压入轴16，将永磁体19固定于转子铁心18。轴16的前端部与对齿条轴进行驱动的滑轮20相结合。轴16的后端部与传感器用永磁体21相结合。

框架13通过设置在电动机5背面部的兼用作散热器24的外壳来进行固定。散热器24的背面部密封固定有壳体25。ECU的控制基板26以及构成对电动机5进行驱动的逆变器电路的开关元件27夹着中间构件34收纳在壳体25的内部。开关元件27放置在散热器24上并对所产生的热进行释放。在对电动机5的旋转位置进行检测的传感器部28中，带磁传感器29的基板30设置为与和轴16相结合的传感器用永磁体21相对，将由磁传感器29检测出的电动机5的旋转位置经由连接构件31输出到控制基板26。32是将连接构件31固接于基板30的支承部，33是相对于基板30设置在散热器24上的凹部33。

图5是表示多重多相绕组的永磁体型电动机的结构的剖视图。转子41的外周侧设有定子42，定子42具有电枢绕组12和定子铁心11。定子铁心11由环状的铁心后端43以及齿44构成，该铁心后端43由电磁钢板等磁性体构成，该齿44从铁心后端43向内周侧延伸。设置在相邻的齿44之间的槽45中收纳有电枢绕组12。虽然没有图示，但在电枢绕组12与定子铁心11之间插入有绝缘纸等以确保电绝缘。齿44例如一共设置48个，因此槽45也为48个。对槽45标注了槽编号1～48。槽45中收纳有电枢绕组12的线圈。

第一电枢绕组组由U1相、V1相、W1相这三相构成(参照图1)，第二电枢绕组组由U2相、V2相、W2相这三相构成。绕组的配置如图5所示，从第1个槽开始依次为U1，U2，W1，W2，V1，V2，第7个以后也按照U1，U2，W1，W2，V1，V2的顺序配置，到第48个为止均以相同的顺序配置。即，第一电枢绕组和第二电枢绕组配置在相邻的槽中。其中，对电枢绕组进行配置，使得第1个槽的U1与第7个槽的U1的电流方向相反。即，成为卷绕在第1个槽到第7个槽上的分布绕组的结构。电枢绕组横跨6个齿44。这相当于电气角180度，短节距绕组系数为1，因此能有效利用永磁体所产生的磁通，获得小型高转矩的电动机，能减少永磁体的量，因此与绕组系数较小的电动机相比，具有能实现低成本化的效果。

在定子42的内周侧，在转子铁心18的表面设有具备与定子铁心相对的永磁体19的转子41。永磁体19采用在周向上排列有8个的结构。相邻的永磁体19的极性彼此相反。另外，转子铁心18的表面的永磁体19之间分别设有突起部46。在突起部46两侧的突起部46与永磁体19之间分别设有用于降低漏磁通的非磁性的间隙部47。突起部46具有缩小电动机5空隙的效果，因而电感变大。由此，容易发挥弱磁控制的效果，具有能提高高速旋转时的转矩的效果。转子铁心18通过层叠电磁钢板等而构成，电磁钢板彼此通过铆接部(未图示)相连结。转子铁心18中央贯穿有轴16。另外，图5中，为了防止永磁体19的飞散，也可以设置金属制的保护管来覆盖永磁体19的外周。保护管例如由铝、SUS(不锈钢)那样的非磁性金属构成。

图6是对实施方式1中的多重多相绕组交流电动机的驱动方法进行说明的电路图。如该图所示，多重多相绕组交流电动机5的6相(U1，V1，W1，U2，V2，W2)的电枢绕组以下述方式与第一逆变器的三相端子(U1′，V1′，W1′)、第二逆变器的三相端子(U2′，V2′，W2′)相连，即：U1和U1′、U2和U2′、V1和V1′、V2和V2′、W1和W1′、W2和W2′分别相连接。

在这种由多个逆变器所驱动的多重多相绕组的电动机5中，多相绕组所产生的磁通与其它多相绕组组交链，从而在上述其它多相绕组组中产生电压。这会在其它多相绕组中通过逆变器作为干扰而叠加到用于进行通电的施加电压中，因此存在使彼此的多相绕组所产生的转矩脉动相位相反而抵消的电动机控制变得更难的问题。

图1是表示二重三相绕组的电动机的电枢绕组的连接方法的说明图。图1(a)是三角形连接的说明图，图1(b)是Y形连接的说明图。本发明能适用三角形连接、Y形连接中的任一种。第一绕组组(第一电枢绕组组)的U1相和第二绕组组(第二电枢绕组组)的U2相的电枢绕组的等效电路能像图2那样表示。图2中，Vu表示绕组的各端子电压，Iu表示电流，R表示电阻，Ve表示感应电压，lm表示漏电感，M表示互感，下标1、2分别表示初级侧和次级侧。此外，n是变压器中所说的匝数比。另外，这些值中，特别是lm和M与通常的电动机控制所使用的值不同，表示并联配置的多重两相之间的电感。

通常，在多重多相绕组交流电动机中，并联的绕组的匝数相同，因此n＝1。V1相和V2相、W1相和W2相、U1相和V2相、U1相和W2相、V1相和U2相、V1相和W2相、W1相和U2相、W1相和V2相的等效电路也和图2相同，因此在三相平衡的情况下，即使从UVW三相向转子的dq轴进行坐标变换，该dq轴上的等效电路也与图2所示的等效电路相同。

图3用框图形式表示坐标转换为转子dq轴时的q轴的等效电路。图中，vq1和vq2分别为第一绕组组和第二绕组组的q轴电压，iq1和iq2分别为第一绕组组和第二绕组组的q轴电流，Lq1和Lq2分别为第一绕组组和第二绕组组的绕组的自感的q轴分量，Ra1和Ra2是第一绕组组和第二绕组组的绕组的电阻分量，Mq12和Mq21是第一绕组组与第二绕组组之间的绕组的互感的q轴分量。s表示拉普拉斯变换的微分算子。vq12和vq21是分别通过第一绕组组与第二绕组组之间的互感叠加在第一绕组组和第二绕组组上的干扰电压。图3表示转子q轴上的等效电路，但转子d轴上的等效电路也具有相同的结构。由于干扰电压与电流的控制响应频率即微分值s成正比，因此，越是想要通过电动机控制来高速地控制电流，该干扰电压就越大，因此导致高响应频率下对转矩脉动进行抵消的电动机控制较为困难。

接着，对利用实施方式1的永磁体型电动机能降低转矩脉动的理由进行说明。如图5所示，关于永磁体型电动机的定子铁心的槽间距，由于槽数为48，极数为8，因此电气角为360度/48×4＝30度。另外，由于相邻的槽45中收纳有第一电枢绕组和第二电枢绕组，因此U1和U2彼此的电气角相差30度相位。V1与V2、W1与W2彼此的电气角也相差30度相位。因此，在对第一电枢绕组和第二电枢绕组通入彼此相差30度相位的三相交流电流的情况下，因第一电枢绕组的磁动势而产生的电气角六次转矩脉动与因第二电枢绕组的磁动势而产生的电气角六次转矩脉动的相位相反，电气角六次转矩脉动被消除。在第一电枢绕组和第二电枢绕组中流过相位不同的电流能通过设置图3那样的第一逆变器和第二逆变器这两台逆变器并利用分别进行独立控制的电路来实现。只要第一电枢绕组与第二电枢绕组的电流相位差在20～40度附近，则能获得同样的效果。

图7是表示实施方式1中的多重多相绕组交流电动机的转矩特性的说明图。该图中，转矩特性由将横轴设为转速时的转矩值来表示。多重多相绕组交流电动机的输出由转速和转矩的积来表示，因此，为了提高多重多相绕组交流电动机的输出，需要提高图7中的转矩特性中的转矩、转速。这里，如图7所示，由于驱动条件的不同，转矩特性可分类为运行区域A和运行区域B。在运行区域A中，由于提供给电动机的电流量受到限制，因此转矩的转速依赖性较小，在运行区域B中，由于提供给电动机的电压量受到限制，因此转矩的转速依赖性较大。即，为了提高电动机输出，需要同时提高驱动条件不同的运行区域A和运行区域B的转矩。

在实施方式1的多重多相绕组交流电动机中，为了在运行区域A中使转矩最大化，无论转速如何，均提供大致恒定的d轴电流，为了在运行区域B中使电压饱和缓和，在每个转速下提供不同的d轴电流。这里，实施方式1的多重多相绕组交流电动机的转矩T如下所示。

【数学式1】

$T=\frac{P}{2}{\mathrm{\φ}}_m{i}_q+\frac{P}{2}(L_d-L_q)i_d{i}_q$ …式(1)

其中，式(1)的表示永磁体所产生的磁通量，id、iq分别表示提供给多重多相绕组的d轴、q轴电流，P表示多重多相绕组交流电动机的磁极数。右边第一项为电磁转矩，第二项表示磁阻转矩。实施方式1中如图8所示，在相邻的永磁体19之间具有由从转子铁心(励磁极铁心)18突出设置的磁性体构成、且与定子铁心(电枢)相对的面所占的角度为θt的突起部46，因此，特别是表示q轴方向磁通通过的容易度的Lq与Ld相比有所提高。由此，实施方式1中，由于在运行区域A和运行区域B中提供d轴电流，因此能利用式(1)的磁阻转矩，能提高所述运行区域A和运行区域B(高速区域)的转矩，因此能提高多重多相绕组交流电动机的输出。这里，电动机的电感Lq依赖于图8所示的电动机的突起部46与定子铁心相对的面所占的角度θt，上述运行区域A、运行区域B的转矩能通过调整θt来决定。另外，图8中，θm是设置在转子铁心18表面的永磁体19的与定子铁心相对的面所占的角度，O为转子的旋转中心。

接着，考虑实施方式1中干扰电压的影响。这里，由图3可知，在具有多重化的绕组的多重多相绕组交流电动机中，干扰电压会相互作用，从而作为干扰值iq1′、iq2′而作用于电流控制系统。根据图3的q轴的等效电路的框图，干扰值iq1′、iq2′如下所示。

【数学式2】

${i_{qi}}^{\′}=-\frac{{\mathrm{sM}}_{q12}{i}_{q2}}{R_{a1}+{\mathrm{sL}}_{q1}}$ …式(2)

${i_{q2}}^{\′}=-\frac{{\mathrm{sM}}_{q12}{i}_{q1}}{R_{a2}+{\mathrm{sL}}_{q2}}$ …式(3)

这里，iq1、iq2是第一绕组组、第二绕组组各自的绕组的q轴电流，Ra1、Ra2是第一绕组组、第二绕组组各自的绕组的电阻值，Lq1、Lq2是第一绕组组、第二绕组组各自的绕组的自感的q轴分量，Mq12是表示第一绕组组、第二绕组组的绕组的干涉的互感的q轴分量。

如上所述，在电流控制的频率较高的情况下，拉普拉斯变换的微分算子s变大，此外，由上式明确可知，干扰值大致依赖于磁耦合Mq12/Lq1或磁耦合Mq12/Lq2。在同磁耦合变大的情况下，干扰值变大，若电流控制系统的干扰值变大，则无法提高电流控制系统的响应，导致电动机的控制性变差。另外，实施方式1的电枢的第一绕组组和第二绕组组为对称结构，因此也可以认为Mq12/Lq1≒Mq12/Lq2。由此，之后围绕Mq12/Lq1来说明磁耦合。这里，电枢线圈U1和U2配置在相邻的槽中，在将相邻的槽之间的角度设为θ(电气角)时，θ由下式表示。

【数学式3】

$\mathrm{\θ}=\frac{360P}{2N}$ …式(4)

这里，P为多重多相绕组交流电动机的磁极数，N为槽数，实施方式1中，由于P＝8、N＝48，因此θ＝30度(电气角)。这里，在例如向第一绕组组的电枢线圈U1提供电流来产生磁通时，与第二绕组组的电枢线圈U2交链的磁通可简单地如下所示。

【数学式4】

φ_u2≒φ_u1cosθ＝φ_u1cos(30°)…式(5)

这是因为电枢线圈U1和U2的电气角具有θ＝30度(电气角)的相位差。此外，式(5)的关系在其它第一绕组组、第二绕组组之间的相邻的电枢线圈的组合下也成立。另外，虽然式(5)是关于磁通的关系式，但对于向电枢线圈U1施加电压Vu1时在电枢线圈U2上产生的电压Vu2同样的关系式也成立。示出了对于在对电动机的第一绕组组的U1-V1进行励磁时在第二绕组组的U2-V2中产生的电压相同的关系式也成立的情况。

因此，若对向第一绕组组提供电流时在上述电枢的多重多相绕组组中产生的磁通进行dq轴变换，则对于第一绕组组的q轴磁通第二绕组组的q轴磁通下式成立。

【数学式5】

φ_q2≒φ_q1cosθ＝φ_q1cos(30°)…式(6)

这里，和的磁通量之比为Mq12/Lq1，并且

…式(7)

如式(7)那样，若为0.866，则第一绕组组与第二绕组组的磁耦合较大，无法充分提高电流控制系统的响应，存在电动机的控制性不良的问题。相比于此，实施方式1中，通过对转子41侧的结构进行改进从而减少了磁耦合。如图5所示，转子41在转子铁心18的表面配置有永磁体19。永磁体19沿周向配置有8个，各自的磁化方向被磁化成使得沿周向相邻的永磁体19的磁化方向彼此相反。通过在转子铁心18的表面配置永磁体19，从而能增大转子41与定子42之间的磁间隙，因此具有能减少第一绕组组与第二绕组组的磁耦合的效果。

此外，在相邻的永磁体19之间设有突起部46。该突起部46由磁性体构成。转子铁心18通过将电磁钢板、SPCC(冷轧钢板)等钢板进行层叠而构成，突起部46构成为利用金属模对该电磁钢板、SPCC进行冲压而成为一体。由于具有突起部46，因此具有电感提高、容易发挥弱磁控制的效果并且能提高高速旋转下的转矩的效果。此外，还具有能产生磁阻转矩、能提高电动机的转矩并能减少永磁体19用量的效果。在永磁体19与突起部46之间，在突起部46的两侧设有非磁性的间隙部47。间隙部47可以是空隙(空气)，也可以由铝、SUS(不锈钢)等非磁性的金属或树脂等构成。在间隙部47为空隙的情况下，能减轻重量。

由于具有非磁性的间隙部47，因此能减少在永磁体19与突起部46之间产生的漏磁通。因此，具有能提高转矩从而减少永磁体19用量的效果。此外，由于该非磁性的间隙部47同时也起到定子42与转子41的磁间隙的作用，因此具有能减少第一绕组组与第二绕组组的绕组之间的磁耦合的效果。

图15是表示实施方式1中的转子的立体图。图15中，设置在永磁体19与突起部46之间的非磁性的间隙部47横跨轴向的整个区域进行设置。通过采用这种结构，具有如下效果：能有效减少永磁体19与突起部46之间产生的漏磁通，并能有效减少上述磁耦合。然而，不一定要横跨轴向的整个区域来设置非磁性的间隙部47。若采用在轴向的一部分区域中增大突起部46的宽度来与永磁体19的侧面相抵接的结构，则能对永磁体19周向上的位置进行定位，因此能提高配置永磁体19的位置精度。其结果，具有能减少因转子侧的不平衡而引起的转矩脉动的效果。

通过采用上述结构，能够使得

【数学式6】

$\frac{M_{q12}}{L_{q1}}<0.866$ …式(8)

也能获得能提高控制性的效果。由此，对于以电压Vu1-v1对电动机的第一绕组组的U1-V1端子进行励磁时在第二绕组组的U2-V2端子上产生的电压Vu2-v2，

【数学式7】

$\frac{V_{U2-V2}}{V_{U1-V1}}<0.866$ …式(9)

成立。图17示出对第一绕组组的电动机端子施加交流电压并测定第二绕组组的电动机端子的电压时的电压波形。对纵轴电压进行标准化，使得Vu1-v1为1。此外，电压的频率设为1kHz这样的高频率，使得电阻相对于电枢绕组的电抗可以忽略。此外，电压波形采用正弦波。由图17可知，Vu2-v2相比Vu1-v1与0.866相乘后的值足够小，因此视为式(9)的条件，能获得第一绕组组与第二绕组组之间的磁耦合较小且控制性优良的电动机。

另外，通过设置非磁性的间隙部47，从而如上述那样，也具有能减少永磁体19和突起部46的漏磁通和提高高速旋转时的转矩的效果。另外，在上述说明中，对卷绕组在电气上具有30°的相位差的8极48槽的多重多相绕组交流电动机进行了说明，但该绕组组之间的相位差、极数、槽数并没有限制，对于绕组在电气上分为两组且利用各个绕组组不同的电动机驱动装置进行驱动的多重多相绕组交流电动机，也能获得与上述相同的效果。

此外，在以上的说明中，对电枢绕组横跨多个齿44来卷绕的情况进行了说明，但在集中地卷绕于一个齿44的情况下，与上述同样的理论也成立。此外，上述说明中，对电枢绕组的绕组间距采用电气角180°的全节距绕组的情况进行了说明，但在电气角180°以外的情况下也能获得同样的效果。此外，在上述说明中，对绕组在电气上分离为两个绕组组、且利用两个不同的电动机驱动装置来进行驱动的多重多相绕组交流电动机进行了说明，但在绕组组的分离数及电动机驱动装置的个数增加的情况下也能获得与上述相同的效果。

若将实施方式1的多重多相绕组交流电动机应用于电动助力转向装置，则能降低转矩脉动，提高驾驶员的转向感。此外，还能提高搭载电动助力转向装置的车辆的安静性。由于提高了多重多相绕组交流电动机的输出，因此能获得如下效果：能使电动助力转向装置小型化、轻量化，并能使搭载电动助力转向装置的车辆小型化、轻量化。

实施方式2

图8示出转子的结构，为了简化说明，仅示出两个极。突起部46中，将与定子铁心相对的面所占的角度设为θt。图9是表示在图8中改变θt时的无负载转速、铁心长度(铁心的转轴方向上的长度)的图。值是相对于未设置突起部46的情况下、即θt＝0时的值的比率。θt由电气角来表示。永磁体19附加了电动机截面(与转轴垂直的截面)上的截面积恒定的条件，将铁心长度调整为与额定转矩为θt＝0的情况相等。若突起部46的宽度θt从0开始增大，则突起部46的宽度增加，因此能利用磁阻转矩来代替电磁转矩，因此，铁心长度减小，绕组电阻也减少，无负载转速变大。若设为0＜θt≤50(度)，则能减小电动机铁心长度，同时，无负载转速变大。在运行区域B(高速区域)中，能利用磁阻转矩，在运行区域A(低旋转区域)中，能利用电磁转矩，与不设置突起部的情况相比，在不增加转轴长度的情况下就能提高运行区域B的转矩。

此外，通过如上述那样在转子铁心的表面配置永磁体19，从而能增大转子41与定子42之间的磁间隙，因此具有能减少第一绕组组与第二绕组组的磁耦合的效果。此外，由于在永磁体19与突起部46之间设有非磁性的间隙部47，因此能减少永磁体19与突起部46之间产生的漏磁通，同时，由于该非磁性的间隙部47也起到定子42与转子41的磁间隙的作用，因此具有能减少第一绕组组与第二绕组组的电枢线圈之间的磁耦合的效果。

特别是在电动助力转向用电动机中，为了在紧急回避时避开障碍物，必须快速打方向盘，因此需要高速转速，并且在入库或停车时需要高转矩。另外，当由于需要避免燃耗变差的重量增加、或因安装型变差而无法增加长度等而对铁心长度有所限制、以使其与没有突起部46的θt＝0时的铁心长度同等时，可以认为0＜θt≤50(度)是最合适的范围。

实施方式3

图10示出转子的结构，为了简化说明，仅示出一个极。将永磁体19的厚度设为Tm，将突起部46的高度(突起部46距离永磁体下端面的高度)设为h。图11是表示使永磁体19的厚度Tm恒定来改变突起部46的高度h时的无负载转速、铁心长度的图。值是相对于没有突起部46时的h＝0的比率。永磁体19附加了电动机截面上的截面积恒定的条件，将铁心长度调整为与额定转矩为h＝0的情况相等。

由于随着h/Tm的变大，突起部46的高度增加，因此能利用磁阻转矩来代替电磁转矩，因而铁心长度减少，绕组电阻也减少，无负载转速变大。在h/Tm＝1、即突起部46的高度与永磁体19厚度相等时，铁心长度最小。通常，对于磁阻电动机那样突极性较大的电动机，由于转矩脉动较大，因此h/Tm＞1的范围由于转向感变差因此不理想，0＜h/Tm≤1的范围是满足电动机控制性和高旋转性能的最合适的范围。该区域中，与没有突起部46的情况相比，由于能缩短铁心长度，因此也能使电动机小型化，因此在提高燃耗、安装性方面较为优异。

此外，通过如上述那样在转子铁心18的表面配置永磁体19，从而能增大转子41与定子42之间的磁间隙，因此具有能减少第一绕组组与第二绕组组的磁耦合的效果。此外，由于在永磁体19与突起部46之间设有非磁性的间隙部47，因此能减少永磁体19与突起部46之间产生的漏磁通，同时，由于该非磁性的间隙部47也起到定子42与转子41的磁间隙的作用，因此具有能减少第一绕组组与第二绕组组的电枢线圈之间的磁耦合的效果。

实施方式4

图12示出转子的结构，为了简化说明，仅示出一个极。将永磁体19与突起部46之间的非磁性的间隙部分47的周向的角度设为θa1、θa2。这里假设θa1＝θa2。由于θa1＝θa2，因此取得磁平衡，因而具有能减小转矩脉动的效果。图13是表示在使突起部46的宽度保持一定的状态下改变永磁体19与突起部46的间隔、即非磁性间隙部47的周向的角度时的额定转矩的变化的图。值是将间隔为零的情况设为100％时的比率。横轴的θa定义为θa＝θa1+θa2。

随着间隔θa从0开始变大，永磁体19的磁通在转子41内的泄漏量减少，因此对转矩有贡献的磁通量增加，额定转矩逐渐增加。若间隔θa超过10度，则对转矩有贡献的永磁体19磁通逐渐减少，因此永磁体19磁通本身减少的影响变大。若间隔θa超过20度，则与间隔为0的情况相比，额定转矩减少。

如上所述，0＜θa＜20°的范围是增大额定转矩的最合适的范围。此外，通过如上述那样在转子铁心18的表面配置永磁体19，从而能增大转子41与定子42之间的磁间隙，因此具有能减少第一绕组组与第二绕组组的磁耦合的效果。此外，由于在永磁体19与突起部46之间设有非磁性的间隙部47，因此能减少永磁体19与突起部46之间产生的漏磁通，同时，由于该非磁性的间隙部47也起到作为定子42与转子41的磁间隙的作用，因此具有能减少第一绕组组与第二绕组组的电枢线圈之间的磁耦合的效果。

实施方式5

至此为止的实施方式1～4中，对在电动机的转轴方向上均匀设置非磁性的间隙部47的例子进行了阐述，但并不限于此。图14是表示将实施方式5中的突起部46所具有的铁心、与没有突起部46或突起部46较小的铁心、或者具有按压永磁体的突起部46的铁心相组合并层叠而构成的结构的说明图。为简化说明，仅示出一个极。

图14中，A1、A2所示的部分是突起部46与永磁体19相抵接且没有非磁性的间隙部47的区域。B1、B2所示的部分是设置了非磁性的间隙部47的区域。C1、C2所示的部分是设置了比B1、B2要广的非磁性的间隙部47的区域。D是没有突起部46的区域。A1、A2所示的区域的突起部46能用来对永磁体19进行定位。此外，若突起部46的宽度、高度等形状不同，则能改变转矩脉动、齿槽转矩，因此通过如图14那样在转轴方向上对它们进行组合，能获得能降低转矩脉动、齿槽转矩的效果。此外，图14那样的转子铁心18能通过对金属模的结构进行改进来层叠，因而能在不大幅提高成本的情况下获得上述效果。

实施方式6

在至此为止的实施方式1～5中，对永磁体19与转子铁心18的突起部46之间的非磁性的间隙部为空气的例子进行了阐述。但本发明并不限于此。图16是表示用树脂构件48构成非磁性间隙部的转子的立体图。非磁性的间隙部配置成使得树脂构件与永磁体19的侧面相抵接。由此，能对永磁体19周向上的位置进行定位，能降低转子侧的制造偏差，因此具有能获得齿槽转矩及转矩脉动较小的电动机的效果。此外，通过利用树脂构件48对永磁体19的径向进行固定，从而能获得防止永磁体19飞散的效果。此外，若省略粘接剂，则具有能降低生产成本、材料成本的效果。非磁性部的间隙部47不限于树脂，利用非磁性的铝、SUS等金属也能获得同样的效果。然而，由于树脂比金属轻，因此具有能使电动机轻量化、降低惯性的效果。

此外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。

Claims (11)

1.一种永磁体型电动机，其特征在于，包括：定子，该定子具有在槽中收纳有电枢绕组的定子铁心；以及转子，该转子具有在所述定子的内周侧隔着空气间隙而与所述定子相对的转子铁心，且由转轴以能够自由旋转的方式进行支承，

所述电枢绕组为多组多相绕组，

所述电枢绕组的多个组分别由独立的逆变器提供电流，

在所述转子铁心的表面部上，沿周向配置有永磁体，相邻的所述永磁体的极性彼此相反，

在相邻的所述永磁体之间设置有由磁性体构成的突起部，所述磁性体设置为从所述转子铁心突出，

在所述突起部与所述永磁体之间，在整个转轴方向或转轴方向的一部分上夹有非磁性的间隙部。

2.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，

所述电枢绕组为两组三相绕组，

由第一逆变器向所述电枢绕组的第一组提供电流，

由第二逆变器向所述电枢绕组的第二组提供电流，

对于所述两组三相绕组，将所述电枢绕组的第一组设为U1相、V1相、W1相，

并将所述电枢绕组的第二组设为U2相、V2相、W2相，此时，

所述U1相和U2相的绕组收纳在彼此相邻的槽中，

所述V1相和V2相的绕组收纳在彼此相邻的槽中，

所述W1相和W2相的绕组收纳在彼此相邻的槽中，

所述第一组的三相绕组和所述第二组的三相绕组中流过的电流的相位彼此错开电气角20度以上40度以下的角度，对所述第一逆变器和第二逆变器进行驱动。

3.如权利要求2所述的永磁体型电动机，其特征在于，

所述第一组的三相绕组和所述第二组的三相绕组中流过的电流的相位彼此错开电气角30度，对所述第一逆变器和第二逆变器进行驱动。

4.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，

所述转子铁心和从所述转子铁心突出设置的所述突起部由钢板一体形成，并通过层叠所述钢板而构成。

5.如权利要求1或2所述的永磁体型电动机，其特征在于，

夹在所述突起部与所述永磁体之间的非磁性的间隙部为空隙。

6.如权利要求1或2所述的永磁体型电动机，其特征在于，

夹在所述突起部与所述永磁体之间的非磁性的间隙部由树脂构件构成，所述树脂构件配置为与相邻的所述永磁体相抵接。

7.如权利要求1或2所述的永磁体型电动机，其特征在于，

从所述转子铁心突出设置的所述突起部与所述定子铁心相对的面所占的电气角度θt为0＜θt≤50度。

8.如权利要求1、2、7的任一项所述的永磁体型电动机，其特征在于，

从所述转子铁心突出设置的所述突起部的高度在所述永磁体的高度以下。

9.如权利要求1、2、7的任一项所述的永磁体型电动机，其特征在于，

从所述转子铁心突出设置的所述突起部和夹在相邻的两侧的所述永磁体之间的非磁性的两间隙部的总和相对于所述定子铁心所占的电气角度θa为0＜θa≤20度。

10.如权利要求1或2所述的永磁体型电动机，其特征在于，

从所述转子铁心突出设置的所述突起部通过将具有在所述转子铁心的周向上所占的角度不同的所述突起部的钢板进行组合并进行层叠来构成。

11.一种电动助力转向装置，其特征在于，

搭载有如权利要求1至10的任一项所述的永磁体型电动机。