永磁型旋转电机及电动动力转向装置的制作方法

专利名称：永磁型旋转电机及电动动力转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆的电动动力转向装置的电动机、或工业用的伺服电动机等永磁型 旋转电机及电动动力转向装置。
背景技术：
近年来，在各种用途中，要求齿槽转矩较小的电动机。例如，有工业用的伺服电动 机、和电梯用曳引机等。若关注车辆用途，则电动动力转向装置日益普及，以减少油耗、提高 操纵性。在用于电动动力转向装置的电动机中，由于该齿槽转矩通过齿轮传递到驾驶者，因 此为了获得平稳的操纵感，对于减小电动机的齿槽转矩有迫切的要求。对此，作为减小齿槽 转矩的方法，披露了使用线性规划法使永磁体移动从而调整齿槽转矩的方法(例如，参照 专利文献1)；和在槽和极之比为3 2的情况下、减小齿槽转矩的第6Xp次(P为极对数) 的方法(例如，参照专利文献2)。专利文献1 日本国专利特开2006-60920号公报专利文献2 日本国专利特表2006-514522号公报上述那样的现有的“使用线性规划法使永磁体移动从而调整齿槽转矩的方法”存 在如下问题即，为了变动永磁体的位置来调整齿槽转矩，将费时费力，不适于批量生产电 动机。另外，由于永磁体的位置偏移和形状的偏移(例如对称度)是齿槽转矩增加的原 因，因此若对于永磁体的位置偏移和永磁体的形状偏移不进行任何管理，则往往齿槽转矩 会变得非常大。例如，参照图27和图28对于10极12槽的永磁型电动机中的齿槽转矩进行说明。 图27是表示现有的永磁型电动机的转子的结构的图。另外，图28是表示现有的永磁型电 动机的齿槽转矩波形及频率分析结果的图。图27示出转子10，在转子铁心11的周边配置有10个永磁体15。而且，永磁体15 的位置分别沿周向随机偏移，另外，对于形状(对称度)也随机偏移。图27那样的图形中永磁体15有偏移的情况下，齿槽转矩成为图28(a)那样的波 形，产生非常大的齿槽转矩。而且，若对该波形进行频率分析，则如图28(b)那样。关于次 数，是将以转子10的旋转角度360度(机械角)为1个周期的分量设为1次分量。其中12 次分量较为显著，它是与定子的槽数一致的分量，是因转子10侧的偏差所引起的。另外，上述那样的现有的“在槽和极之比为3 2的情况下、减小齿槽转矩的第 6Xp次(ρ为极对数)的方法”是减小极数和槽数的最小公倍数的次数分量的方法。然而， 其对于减小因转子侧的偏差所引起的“与槽数一致的齿槽转矩的次数分量”的方法并没有 披露。

发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到能够减小因转子侧的偏差所引起的齿槽转矩分量的永磁型旋转电机及电动动力转向装置。本发明所涉及的永磁型旋转电机中，设置有具有多边形的转子铁心及多个永磁体 的转子、和具有定子铁心及电枢绕组的定子，其中，将极数设为M(M为整数)，将槽数设为 N(N为整数)，将M个永磁体沿周向依次设为第1号到第M号，并将第i号(i = 1，2，…， M)永磁体中的、离开在径向上到转轴中心的距离相等且在周向上等间隔的基准位置的、周 向的位置偏移量设为hi(i = 1，2，…，M)(含符号)，这时，定义2JiN(i-l)/M(rad)的角度 方向的总计M个单位矢量，且对各个单位矢量乘上所述位置偏移量Iii后的总计M个矢量的 总和的矢量的大小、比所述位置偏移量h的绝对值的最大值要小。本发明所涉及的永磁型旋转电机起到能使齿槽转矩的次数分量中与定子的槽数 一致的次数分量减小的效果。而且，还起到生产率高、适于批量生产的效果。


图1是表示本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转电机的转子的第1结构的图。图2是表示一般的永磁型电动机的结构的剖视图。图3是用于说明复矢量的图。图4是表示所有永磁体朝同一方向偏移的情况下的复矢量的图。图5是表示本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转电机的转子的第2结构的图。图6是表示本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转电机的转子的第3结构的图。图7是表示相邻的永磁体彼此朝相反方向偏移的情况下的复矢量的图。图8是表示所有永磁体的位置偏移的方向相同且为10极12槽的试制电动机的齿 槽转矩波形及频率分析结果的图。图9是表示所有永磁体的位置偏移的方向相同且形状偏移的影响最大的情况下 的10极12槽的试制电动机的齿槽转矩波形及频率分析结果的图。图10是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第1结构的图。图11是用于说明永磁体的形状偏移的图。图12是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第2结构的图。图13是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第3结构的图。图14是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第4结构的图。图15是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第5结构的图。图16是放大表示本发明的实施例3所涉及的永磁型旋转电机的转子的图。图17是表示本发明的实施例4所涉及的永磁型旋转电机的转子铁心的立体图。图18是表示本发明的实施例5所涉及的永磁型旋转电机的第1结构的图。图19是表示本发明的实施例5所涉及的永磁型旋转电机的第2结构的图。图20是表示本发明的实施例6所涉及的永磁型旋转电机的第1结构的图。图21是表示本发明的实施例6所涉及的永磁型旋转电机的第2结构的图。图22是表示电动动力转向装置的简要结构的图。图23是表示本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转电机的转子的第1结构中没 有凸起部的例子的图。图24是表示本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转电机的转子的第3结构中没有凸起部的例子的图。图25是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第1结构中没 有凸起部的例子的图。图26是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第3结构中没 有凸起部的例子的图。图27是表示现有的永磁型电动机的转子的结构的图。图28是表示现有的永磁型电动机的齿槽转矩波形及频率分析结果的图。
具体实施例方式下面，对本发明的实施例1 实施例7进行说明。实施例1参照图1至图9、以及图23和图24说明本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转 电机。图1是表示本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转电机的转子的第1结构的图。此 外，各图中，相同标号表示相同或相当的部分。图1中，本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转电机的转子10设置有转子铁心 11、多个凸起部12、和配置在多边形的转子铁心11的周边的多个永磁体15。此外，箭头号 表示永磁体15的位置偏移的方向。接着，参照

该实施例1所涉及的永磁型旋转电机的动作。如上所述，当不管理永磁体的位置和形状的偏差时，会有齿槽转矩变大的情况。例 如，考虑图27那样的图形。该图27表示现有的永磁型电动机的转子10。在转子铁心11的 周围配置有永磁体15。箭头号表示永磁体15从基准位置偏移的方向、和永磁体15的形状 偏移的方向。产生这种图形时，如图28(a)所示，形成非常大的齿槽转矩。该电动机是槽数为12 的例子，如图28(b)所示，齿槽转矩的12次分量非常大。因而，管理永磁体15的位置和形 状的偏差非常重要。因此，首先，对永磁体的位置和形状的偏移与齿槽转矩的关系进行说明，然后，对 齿槽转矩的减小方法进行说明。图2是表示一般的永磁型电动机的结构的剖视图。图2中，永磁型电动机由转子 10和定子20构成。另外，转子10由转子铁心11和永磁体(Pl P10) 15构成。定子20由 定子铁心21、槽24、和电枢绕组25构成。而且，定子铁心21由铁心背部22和齿形铁心23 构成，成为由永磁体15和电枢绕组25产生的磁通通过的磁路。电枢绕组25在图2的情况 下配置在容纳绕组的槽24中，成为集中地卷绕于齿形铁心23的、所谓集中绕组的结构。然而，本发明并不局限适用于集中绕组，用分布绕组也可得到相同的效果。另外， 图2中，省略了位于定子铁心21的外周的框。转子10中，如上所述，有转子铁心11和永磁体15，在转子铁心11的外周部沿周向 大致等间隔地配置有永磁体15。另外，永磁体15的径向的位置在所有的永磁体15中都为 大致相同的距离。将电动机的磁极数设为M，将槽数设为N。图2的例子中，M = 10、N = 12。图2 中，将多边形的各边的中心位置、即在周向上等间隔(2Ji/M(rad)的间隔)的位置设为永磁体P1、P2、…、PlO的基准位置。下面说明各个永磁体15从该基准位置偏移的情况下齿槽 转矩的大小如何变化。施加于各个永磁体15的转矩受到定子铁心21的槽24的影响。由于永磁体15在 处于与槽24相对的位置关系时、和处于与齿形铁心23相对的位置关系时其转矩出现差异， 因此若使转子10旋转一周，则作为施加于永磁体15的转矩的脉动分量，含有与槽数一致的 次数的脉动分量。而且，由于永磁体15的配置的周向的间隔如图2所示，为机械角β = 2 π /M(rad)，因此施加于永磁体15的转矩也变成相位偏移机械角2 π /M(rad)的波形。在 永磁体15全部位于基准位置的情况下，若求出这些转矩之和，则相互抵消，齿槽转矩波形 中不会表现出与槽数一致的次数分量，因此成为低齿槽转矩。但是，若永磁体15从基准位 置偏移，则不相互抵消，会表现出与槽数一致的次数分量。当沿周向发生位置偏移时，使用复矢量来考虑与槽数一致的齿槽转矩次数分量以 怎样的相位、振幅产生。图3是用于说明复矢量的图。永磁体Pl中，当发生偏移量hi的偏 移时，假设与槽数一致的次数分量为位于图3的实轴方向(Re)上的复矢量。由于该矢量的 长度与偏移量成正比，因此例如发生2倍的偏移量2Xhl时，如图3所示，成为2倍长度的矢量。接着，考虑相位。永磁体Pl和P2中，偏移机械角β = 2 π /M(rad)。另外，齿槽转 矩的与槽数N—致的次数分量的周期为α =2π/Ν(Γ 1(1)，若定义复矢量以2π/Ν(Γ 1(1)绕 一周，则施加于永磁体Pl和Ρ2的转矩的相位差Y成为Y = 2 π N/M(rad)。在10极12槽的电动机的例子中，相位差γ =2π X12/10(rad) = 432(度)，其 等效于432-360 = 72度。因而，成为图3那样的位置关系。而且，在位置偏移量的符号反 转的情况下，即，偏移的方向相反的情况下，由于齿槽转矩的与槽数一致的次数分量的相位 反转，因此如图3所示，复矢量的方向也反转。综上所述，复矢量如下。(1)与位置的偏移量成正比。(2)每一永磁体的相位差为2 π N/M(rad)。(3)偏移的方向相反的情况下，相位反转。考虑这3个特性，来思考齿槽转矩的减小方法。在所有永磁体中完全没有位置偏 移的情况下，所有复矢量成为零矢量，显然，不会产生与槽数一致的次数分量的齿槽转矩。另一方面，在有位置偏移的情况下，一般复矢量的总和不为零，会产生与槽数一致 的次数分量的齿槽转矩，从而会增加齿槽转矩。然而，根据位置偏移的图形，在复矢量的总 和的大小非常小、或者成为零矢量的情况下，将几乎不产生、或者完全不产生与槽数一致的 次数分量的齿槽转矩。例如，考虑图1那样的情况。图1如上所述，是表示该实施例1所涉及的永磁型旋 转电机的转子的第1结构的图。另外，图4是表示所有永磁体朝同一方向偏移的情况下的 复矢量的图。在如图1所示所有永磁体15的位置偏移的方向为逆时针方向即相同的情况 下，成为图4那样的复矢量。图4中示出，永磁体Pl和P6的复矢量为相同方向。其它“永 磁体P2、P7”、“永磁体P3、P8”、“永磁体P4、P9”、“永磁体P5、P10”也分别成为相同方向。另 外，这些复矢量成为偏移72度的、总计10个复矢量，10个的总和成为零矢量。因而，此时， 不产生与槽数一致的次数分量。
图5是表示本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转电机的转子的第2结构的图。 如图5所示，在所有永磁体15的位置都朝着与图1相反方向的顺时针的方向偏移的情况 下，也可得到相同的效果。图6是表示本发明的实施例1所涉及的永磁型旋转电机的转子的第3结构的图。 另外，图7是表示相邻的永磁体彼此朝相反方向偏移的情况下的复矢量的图。如图6所示， 在相邻的永磁体15的位置偏移彼此成为相反方向的情况下，成为图7那样的复矢量。如图 7所示，成为各偏移36度的、总计10个复矢量，10个的总和成为零矢量。因而，此时不产生 与槽数一致的次数分量。图8是表示所有永磁体的位置偏移的方向相同且为10极12槽的试制电动机的齿 槽转矩的波形及频率分析结果的图。与图28的现有例相比可知，齿槽转矩的振幅大幅降 低。若用次数分量来确认，则与槽数一致的次数分量、即12次的分量大幅减小。由此可确 认本发明的效果。而且，所有永磁体的位置偏移的方向相同的情况、或相邻的永磁体的位置偏移的 方向彼此成为相反方向的情况，与各永磁体分别散乱成为不同的位置关系、且复矢量的总 和为零的情况相比，容易管理。另外，由于通过在生产设备中设置使永磁体偏向一边的机 构，从而能实现这种位置偏移的图形，因此还可提高生产率。如上所述，在包括具有转子铁心11及多个永磁体15的转子10、和具有定子铁心 21及电枢绕组25的定子20的永磁型旋转电机中，若永磁体15采用离开在周向上等间隔且 为多边形的各边中心的基准位置的、周向的位置偏移在所有永磁体15的磁极中都朝相同 方向偏移(偏向一边)的结构，则由于周向的位置偏移的影响相互抵消，因此起到齿槽转矩 的次数分量中与定子20的槽数一致的次数分量减小的效果。另外，无需管理对称度便可减 小齿槽转矩，能够提高生产率。而且，由于所有永磁体15都朝相同方向偏移，因此还起到提 高生产率的效果。另外，若永磁体15采用离开在周向上等间隔且为多边形的各边中心的基准位置 的、周向的位置偏移在相邻的永磁体15的磁极中彼此朝相反方向偏移的结构，则由于周向 的位置偏移的影响相互抵消，因此起到齿槽转矩的次数分量中与定子20的槽数一致的次 数分量减小的效果。另外，无需管理对称度便可减小齿槽转矩，能够提高生产率。而且，由 于相邻的永磁体15中彼此朝相反方向偏移，因此还起到提高生产率的效果。 进一步地，为了通用化，使用数学式进行说明。将极数设为M (M为整数)，将槽数设 为N(N为整数)。另外，将M个永磁体沿周向依次设为第1号至第M号。将第i号(i = l， 2，…，M)永磁体中的、离开在周向上等间隔且为多边形的各边中心的基准位置的、周向的 位置偏移量设为、(1 = 1,2,…，M)(含符号)时，可定义M个复矢量。与第i号永磁体相关的复矢量的相位角成为2JiN(i-l)/M(rad)，对该方向的单位 矢量乘上偏移量Iii后的总计M个矢量成为与第i号永磁体相关的复矢量。在这些复矢量 的总和的矢量的大小较小的情况下，能减小齿槽转矩的次数分量中与定子的槽数一致的次 数分量。例如，若使其比位置偏移量hi (i = 1,2,…，Μ)的绝对值的最大值要小，则起到如 下效果即，对齿槽转矩只会产生比M个永磁体中1个永磁体的位置偏移量份额的影响要小 的影响，因此能减小齿槽转矩。
另外，若使用数学式进行说明，则如下所示。将极数设为M(M为整数)，将槽数设 为N(N为整数)。另外，将M个永磁体沿周向依次设为第1号至第M号。将第i号(i = l， 2，…，M)永磁体中的、离开在周向上等间隔且为多边形的各边中心的基准位置的、周向的 位置偏移量设为、(1 = 1，2，…，M)(含符号)时，如下式那样定义复矢量K。[数学式1]
式中，e为自然对数的底，j为虚数单位。若减小该复矢量K的大小，则能减小齿槽 转矩的次数分量中与定子的槽数一致的次数分量。例如，只要使复矢量K的大小比位置偏 移量hi(i = l，2，…，Μ)的绝对值的最大值要小即可。另外，最好是，将复矢量K的大小设为零。若永磁体的位置偏移量为永磁体的周向的宽度的10%左右以下，便有效果。例如， 对于宽度IOmm的永磁体有Imm的偏移，便起到能减小齿槽转矩的次数分量中与定子20的 槽数一致的次数分量的效果。此外，永磁体的位置偏移量也可不大，即使为永磁体的周向的 宽度的0. 至左右的微小的量，也可发挥本发明的效果。而且，若为永磁体的周向的 宽度的0. 至左右的偏移量，则由于几乎不会破坏磁对称性，因此还起到如下效果； 即，几乎没有因电动机的旋转方向(正转还是反转)所引起的电动机特性的差异。另外，用下述实施例2说明详细情况，其中齿槽转矩随着永磁体的形状的偏移而 增加。然而，若预先将永磁体的位置偏移设为如本实施例1所述那样的图形，则即使不管理 永磁体的形状的偏移也能减小齿槽转矩。图9是表示所有永磁体的位置偏移的方向相同且形状偏移的影响最大的情况下 的10极12槽的试制电动机的齿槽转矩波形及频率分析结果的图。此时是假设永磁体的形 状偏移的影响最大的情况来进行试制的。即使是在这种情况下，与图28的现有例相比，也 能大幅减小齿槽转矩。因而，若采用本实施例1，则可起到即使不管理永磁体的形状偏移也 能减小齿槽转矩的效果。若将上述那样的实施例1用于要求低齿槽转矩的、例如工业用的伺服电动机、电 梯用曳引机用电动机、车辆用电动机等，则起到能减小齿槽转矩的效果。此外，对于图23和 图24，将在之后进行说明。实施例2参照图10至图15、以及图25和图26说明本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转 电机。图10是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第1结构的图。图10中，本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子10设置有转子铁心 11、多个凸起部12、和配置在转子铁心11的周边的多个永磁体15。此外，箭头号表示永磁 体15的形状偏移的方向。接着，参照

该实施例2所涉及的永磁型旋转电机的动作。上述实施例1中，对于永磁体的位置偏移进行了说明，但对于因形状偏移的情况 而产生的齿槽转矩也可同样地定义复矢量来进行探讨。
对于因加工误差所引起的形状偏移，考虑如图11那样的情况。在侧面(截面)由 直线和圆弧形成的半圆柱体形的永磁体15中，圆弧的中心从左右方向的中心偏移，从而成 为非对称。对于这种偏移量，复矢量具有以下3种特性。(1)与形状的偏移量成正比。(2)每一永磁体的相位差为2 π N/M(rad)。(3)偏移的方向相反的情况下，相位反转。因而，利用上述特性，考虑减小齿槽转矩的方法。在所有永磁体中完全没有形状偏移的情况下，所有复矢量成为零矢量，显然，不会 产生与槽数一致的次数分量的齿槽转矩。另一方面，在有形状偏移的情况下，一般复矢量 的总和不为零，会产生与槽数一致的次数分量的齿槽转矩，从而会增加齿槽转矩。然而，根 据形状偏移的图形，在复矢量的总和的大小非常小、或者成为零矢量的情况下，将几乎不产 生、或者完全不产生与槽数一致的次数分量的齿槽转矩。例如，如图10所示，所有永磁体15的形状偏移的方向相同的情况下，成为图4那 样的复矢量。其示出永磁体Pl和P6的复矢量为相同方向。其它“永磁体P2、P7”、“永磁体 P3、P8”、“永磁体P4、P9”、“永磁体P5、P10”也分别成为相同方向。另外，这些复矢量成为偏 移72度的、总计10个复矢量，10个的总和成为零矢量。因而，此时，不产生与槽数一致的次
数分量。图12是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第2结构的图。 如图12所示，在形状朝着与图10相反的方向偏移的情况下，也可得到相同的效果。图13是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第3结构的图。 如图13所示，在相邻的永磁体15的形状偏移彼此成为相反方向的情况下，成为图7那样的 复矢量，即成为各偏移36度的、总计10个复矢量，10个的总和成为零矢量。因而，此时，不 产生与槽数一致的次数分量。若试制所有永磁体15的形状偏移的方向相同且为10极12槽的电动机来测定齿 槽转矩，则可得到与图8所示的齿槽转矩波形及频率分析结果相同的测定结果，与图28的 现有例相比，齿槽转矩的振幅大幅降低。若用次数分量来确认，则与槽数一致的次数分量、 即12次的分量大幅减小。而且，所有永磁体15的形状偏移的方向相同的情况、或相邻的永磁体15的形状偏 移的方向彼此成为相反方向的情况，与各永磁体15分别散乱成为不同的方向、且复矢量的 总和为零的情况相比，要容易管理。如上所述，在包括具有转子铁心11及多个永磁体15的转子10、和具有定子铁心 21及电枢绕组25的定子20的永磁型旋转电机中，若永磁体15采用磁体形状的偏移在所有 永磁体15的磁极中都朝相同方向偏移的结构，则由于磁体形状的偏移(对称度)的影响相 互抵消，因此起到齿槽转矩的次数分量中与定子20的槽数一致的次数分量减小的效果。另 外，无需管理永磁体15的形状偏移便可减小齿槽转矩，能够提高生产率。而且，由于所有永 磁体15中都朝相同方向偏移，因此还起到提高生产率的效果。另外，若永磁体15采用磁体形状的偏移在相邻的永磁体15的磁极中彼此朝相反 方向偏移的结构，则由于磁体形状的偏移(对称度)的影响相互抵消，因此起到齿槽转矩的次数分量中与定子20的槽数一致的次数分量减小的效果。另外，无需管理永磁体15的形 状偏移便可减小齿槽转矩，能够提高生产率。而且，由于相邻的永磁体15中彼此朝相反方 向偏移，因此还起到提高生产率的效果。 进一步地，为了通用化，使用数学式进行说明。将极数设为M(M为整数)，将槽数设 为N(N为整数)。另外，将M个永磁体沿周向依次设为第1号至第M号。将第i号(i = l， 2，…，Μ)永磁体中的、形状偏移量设为Ci (i = 1，2，…，M)(含符号)时，可定义M个复矢量。与第i号永磁体相关的复矢量的相位角成为2JiN(i-l)/M(rad)，对该方向的单位 矢量乘上偏移量Ci后的总计M个复矢量成为与第i号永磁体相关的复矢量。在这些复矢 量的总和的矢量的大小较小的情况下，能减小齿槽转矩的次数分量中与定子的槽数一致的 次数分量。例如，若使其比形状偏移量Ci(i = 1,2,…，Μ)的绝对值的最大值要小，则起到如 下效果即，由于对齿槽转矩只会产生比M个永磁体中1个永磁体的位置偏移量份额的影响 要小的影响，因此能减小齿槽转矩。另外，若使用数学式进行说明，则如下所示。将极数设为Μ(Μ为整数)，将槽数设 为Ν(Ν为整数)。另外，将M个永磁体沿周向依次设为第1号至第M号。将第i号(i = l， 2，…，Μ)永磁体中的、形状偏移量设为Ci (i = 1，2，…，M)(含符号)时，如下式那样定义
复矢量K。[数学式2] M
_6] κ^^β Μ
j=l式中，e为自然对数的底，j为虚数单位。若减小该复矢量K的大小，则能减小齿 槽转矩的次数分量中与定子的槽数一致的次数分量。例如，只要使其比形状偏移量Ci (i = 1,2,…，M)的绝对值的最大值要小即可，最好是将其设为零。若永磁体的形状偏移量为永磁体的周向的宽度的10%左右以下，便有效果。例如， 对于宽度IOmm的永磁体有Imm的偏移，便起到能减小齿槽转矩的次数分量中与定子20的 槽数一致的次数分量的效果。此外，永磁体的形状偏移量也可不大，即使为永磁体的周向 的宽度的0. 至左右的微小的量，也可发挥本发明的效果。而且，若为永磁体的周向 的宽度的0. 至左右的偏移量，则由于不会较大地破坏磁对称性，因此还起到如下效 果即，几乎没有因电动机的旋转方向(正转还是反转)所引起的电动机特性的差异。图14是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第4结构的图。 该图14示出永磁体15的位置偏移和形状偏移为相同方向。在这种情况下，由于位置偏移 的影响和形状偏移的影响分别相互抵消，因此能大幅减小齿槽转矩的与槽数一致的次数分 量。图15是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第5结构的图。 该图15示出永磁体15的位置偏移和形状偏移在相邻的永磁体15中彼此为相反方向。在 这种情况下，也同样地可得到如下效果即，由于位置偏移的影响和形状偏移的影响分别相 互抵消，因此能大幅减小齿槽转矩的与槽数一致的次数分量。此外，对于图25和图26，将在之后进行说明。实施例3参照图16说明本发明的实施例3所涉及的永磁型旋转电机。图16是放大表示本 发明的实施例3所涉及的永磁型旋转电机的转子的图。图16是对永磁体15和转子铁心11的部分进行放大示出。永磁体15朝逆时针方 向、偏向一边进行配置。在相邻的永磁体15之间的部分，在转子铁心11的外周沿周向等 间隔地设置有与永磁体15数量相同的凸起部12。通过设置这种凸起部12，以使永磁体15 沿周向偏向一边直至紧靠该凸起部12，从而能进行定位。因而，能预先实现如上述实施例 1所述那样的永磁体15的位置偏移的图形，其结果是起到能减小齿槽转矩的次数分量中与 定子20的槽数一致的次数分量的效果。实施例4参照图17说明本发明的实施例4所涉及的永磁型旋转电机。图17是表示本发明 的实施例4所涉及的永磁型旋转电机的转子铁心的立体图。该图17示出转子铁心11为层叠铁心的情况的例子。图17是从斜向观察层叠铁 心的图，省略永磁体进行示出。层叠铁心例如是层叠电磁钢板那样的板状材料而构成的。 其起到如下效果即，设置凸起部12时，能通过用金属模冲压电磁钢板从而容易实现。当使 永磁体的位置偏移方向全都相同时、即偏向一边时，在转子铁心11由轴(转轴)等块状的 铁心构成的情况下，由于在偏向一边紧靠的部分(凸起部)中，永磁体和轴间短路而构成电 路，因此容易流过涡流，因涡流损耗所引起的发热较大。因此，会担心效率下降、热消磁等。 另一方面，在由层叠铁心构成的情况下，由于层叠铁心和永磁体的接触电阻较大，因此涡流 损耗较小，能够兼顾低齿槽转矩和高效率，此外还起到防止热消磁的效果。实施例5参照图18和图19说明本发明的实施例5所涉及的永磁型旋转电机。图18是表 示本发明的实施例5所涉及的永磁型旋转电机的第1结构的图。另外，图19是表示本发明 的实施例5所涉及的永磁型旋转电机的第2结构的图。图18是极数为“10”、槽数为“12”的永磁型电动机。作为齿槽转矩的大小的标准， 已知有极数和槽数的最小公倍数。最小公倍数越大，齿槽转矩越小。图18的电动机中，最 小公倍数成为“60”。例如，同样地当槽数为“12”，但极数为不同的“8”时，最小公倍数成为“24”。因而， 在这种情况下可知，即使是相同的槽数，也是最小公倍数较大、即10极12槽的那个电动机 更倾向于齿槽转矩较小。然而，这是假设永磁体15的位置和形状中没有任何偏差的状态时 的情况，在实际的电动机批量生产时，需要对于永磁体15的位置和形状考虑偏差。极数和 槽数的最小公倍数越大的电动机，越容易受到这种偏差的影响。因此，如图18的箭头号的方向所示，通过采用使永磁体15的位置和形状全都偏向 同一方向的结构，从而可起到减小齿槽转矩的次数分量中与定子20的槽数一致的次数分 量的效果。另外，虽未图示，但显然在相邻的永磁体15中位置和形状彼此朝相反方向偏移的 情况下，也可起到相同的效果。另外，对于如上述实施例1至4所说明的那样的磁体位置的 图形，也可得到相同的效果。
图19是极数为“14”、槽数为“12”的永磁型电动机。作为齿槽转矩的大小的标准， 已知有极数和槽数的最小公倍数。最小公倍数越大，齿槽转矩越小。图19的电动机中，最 小公倍数成为“84”。例如，同样地当槽数为“12”，但极数为不同的“8”时，最小公倍数成为“24”。因而， 在这种情况下可知，即使是相同的槽数，也是最小公倍数较大、即14极12槽的那个电动机 更倾向于齿槽转矩较小。然而，这是假设永磁体15的位置和形状中没有任何偏差的状态时 的情况，在实际的电动机批量生产时，需要对于永磁体15的位置和形状考虑偏差。极数和 槽数的最小公倍数越大的电动机，越容易受到这种偏差的影响。因此，如图19的箭头号的方向所示，通过采用使永磁体15的位置和形状全都偏向 同一方向的结构，从而可起到减小齿槽转矩的次数分量中与定子20的槽数一致的次数分 量的效果。另外，虽未图示，但显然在相邻的永磁体15中位置和形状彼此朝相反方向偏移的 情况下，也可起到相同的效果。另外，对于如上述实施例1至4所说明的那样的磁体位置的 图形，也可得到相同的效果。一般而言，极数M和槽数N分别用M= 12η士2n、N= 12η (η为1以上的整数)来 表示的情况，与以往经常使用的M = 2n、N = 3η或M = 4n、N = 3η (η为1以上的整数)的 情况相比，若在极数M相同、或者槽数N相同的情况下进行比较，由于其最小公倍数较大，因 此具有容易受到永磁体的偏差的影响从而齿槽转矩容易增大的倾向。但是，根据本实施例5，通过采用使永磁体15全都偏向同一方向的结构，从而可起 到减小齿槽转矩的次数分量中与定子20的槽数一致的次数分量的效果。另外，虽然未图 示，但显然在相邻的永磁体15中彼此朝相反方向偏移的情况下，也可起到相同的效果。另 外，对于如上述实施例1至4所说明的那样的磁体位置的图形，也可得到相同的效果。实施例6参照图20和图21说明本发明的实施例6所涉及的永磁型旋转电机。图20是表 示本发明的实施例6所涉及的永磁型旋转电机的第1结构的图。另外，图21是表示本发明 的实施例6所涉及的永磁型旋转电机的第2结构的图。图20是极数为“8”、槽数为“9”的永磁型电动机。作为齿槽转矩的大小的标准，已 知有极数和槽数的最小公倍数。最小公倍数越大，齿槽转矩越小。图20的电动机中，最小 公倍数成为“72”。例如，同样地当槽数为“12”，但极数为不同的“8”时，最小公倍数成为“24”。因而， 在这种情况下可知，即使是相同的槽数，也是最小公倍数较大、即8极9槽的那个电动机更 倾向于齿槽转矩较小。然而，这是假设永磁体15的位置和形状中没有任何偏差的状态时的 情况，在实际的电动机批量生产时，需要对于永磁体15的位置和形状考虑偏差。极数和槽 数的最小公倍数越大的电动机，越容易受到这种偏差的影响。因此，如图20的箭头号的方向所示，通过采用使永磁体15的位置和形状全都偏向 同一方向的结构，从而可起到减小齿槽转矩的次数分量中与定子20的槽数一致的次数分 量的效果。另外，虽未图示，但显然在相邻的永磁体15中位置和形状彼此朝相反方向偏移的 情况下，也可起到相同的效果。另外，对于如上述实施例1至4所说明的那样的磁体位置的图形，也可得到相同的效果。图21是极数为“10”、槽数为“9”的永磁型电动机。作为齿槽转矩的大小的标准， 已知有极数和槽数的最小公倍数。最小公倍数越大，齿槽转矩越小。图21的电动机中，最 小公倍数成为“90”。例如，同样地当槽数为“12”，但极数为不同的“8”时，最小公倍数成为“24”。因而， 在这种情况下可知，即使是相同的槽数，也是最小公倍数较大、即10极9槽的那个电动机更 倾向于齿槽转矩较小。然而，这是假设永磁体15的位置和形状中没有任何偏差的状态时的 情况，在实际的电动机批量生产时，需要对于永磁体15的位置和形状考虑偏差。极数和槽 数的最小公倍数越大的电动机，越容易受到这种偏差的影响。因此，如图21的箭头号的方向所示，通过采用使永磁体15的位置和形状全都偏向 同一方向的结构，从而可起到减小齿槽转矩的次数分量中与定子20的槽数一致的次数分 量的效果。另外，虽未图示，但显然在相邻的永磁体15中位置和形状彼此朝相反方向偏移的 情况下，也可起到相同的效果。另外，对于如上述实施例1至4所说明的那样的磁体位置的 图形，也可得到相同的效果。一般而言，极数M和槽数N分别用M = 9η士η、Ν = 9η (η为1以上的整数)来表示 的情况，与以往经常使用的M = 2η、Ν = 3η或M = 4η、Ν = 3η(η为1以上的整数)的情况 相比，若在极数M相同、或者槽数N相同的情况下进行比较，由于其最小公倍数较大，因此具 有容易受到永磁体的偏差的影响从而齿槽转矩容易增大的效果。但是，根据本实施例6，通过采用使永磁体15全都偏向同一方向的结构，从而可起 到减小齿槽转矩的次数分量中与定子20的槽数一致的次数分量的效果。另外，虽然未图 示，但显然在相邻的永磁体15中彼此朝相反方向偏移的情况下，也可起到相同的效果。实施例7参照图22说明本发明的实施例7所涉及的永磁型旋转电机的适用例。图22是表 示电动动力转向装置的简要结构的图。图22中，电动动力转向装置设置有与方向盘30耦合、且接受方向盘30的操纵力 的柱轴31。而且，与柱轴31连接有蜗轮32 (图中省略详细情况，仅示出齿轮箱)，操纵力传 递至蜗轮32。蜗轮32对于由控制器33驱动的电动机34的输出(转矩、转速)，一边将旋 转方向改变90度并且使旋转减速，一边进行传递，对操纵力施加电动机34的辅助转矩。操纵力通过与蜗轮32连接的手柄关节35进行传递，方向也被改变。转向齿轮 36(图中省略详细情况，仅示出齿轮箱)将手柄关节35的旋转减速，同时变换成齿条37的 直线运动，获得所要的位移。利用该齿条37的直线运动使车轮移动，从而能进行车辆的方 向转换等。这种电动动力转向装置中，由电动机34产生的齿槽转矩通过蜗轮32和柱轴31，传 递至方向盘30。因而，电动机34产生较大的齿槽转矩的情况下，无法获得平稳的转向感。因此，通过提供具有上述实施例1至6所示的任一种电动机、和控制流过该电动机 的绕组的电流的控制器33的电动动力转向装置，该装置利用控制器33控制电动机输出的 转矩(辅助转矩)，从而能确保平稳的操纵感。而且，还起到能提高生产率的效果。至此为止的实施例中，对转子铁心11中有凸起部12的例子进行了说明，但本发明并不是仅限于有该凸起部12才成立的。如图23、图24、图25及图26所示，显然在没有凸 起部12的情况下也能发挥相同的效果。图23是表示本发明的实施例1所涉及的永磁型旋 转电机的转子的第1结构中没有凸起部的例子的图。图24是表示本发明的实施例1所涉 及的永磁型旋转电机的转子的第3结构中没有凸起部的例子的图。图25是表示本发明的 实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第1结构中没有凸起部的例子的图。而且，图 26是表示本发明的实施例2所涉及的永磁型旋转电机的转子的第3结构中没有凸起部的例 子的图。
权利要求
一种永磁型旋转电机，其特征在于，包括具有转子铁心及多个永磁体的转子；和具有定子铁心及电枢绕组的定子，将极数设为M(M为整数)，将槽数设为N(N为整数)，将M个永磁体沿周向依次设为第1号到第M号，并将第i号(i＝1，2，…，M)永磁体中的、离开在径向上到转轴中心的距离相等且在周向上等间隔的基准位置的、周向的位置偏移量设为hi(i＝1，2，…，M)(含符号)，这时，定义2πN(i-1)/M(rad)的角度方向的总计M个单位矢量，且对各个单位矢量乘上所述位置偏移量hi后的总计M个矢量的总和的矢量的大小、比所述位置偏移量hi的绝对值的最大值要小。
2.如权利要求1所述的永磁型旋转电机，其特征在于，所述多个永磁体中，离开在径向上到转轴中心的距离相等且在周向上等间隔的基准位 置的、周向的位置偏移在相邻的永磁体中彼此为相反方向。
3.如权利要求1所述的永磁型旋转电机，其特征在于，利用下述[数学式1]定义的复矢量K的大小，比所述位置偏移量hi的绝对值的最大 值要小，或者为零，[数学式1] (e为自然对数的底，j为虚数单位)。
4.一种永磁型旋转电机，其特征在于，包括 具有转子铁心及多个永磁体的转子；和 具有定子铁心及电枢绕组的定子，将极数设为M (M为整数)，将槽数设为N (N为整数)，将M个永磁体沿周向依次设为第1 号到第M号，并将第i号(i = 1,2,…，M)永磁体中的、周向的形状偏移量设为Ci (i = 1， 2，…，M)(含符号)，这时，定义2JiN(i-l)/M(rad)的角度方向的总计M个单位矢量，且对 各个单位矢量乘上所述形状偏移量Ci后的总计M个矢量的总和的矢量的大小、比所述形状 偏移量Ci的绝对值的最大值要小。
5.如权利要求4所述的永磁型旋转电机，其特征在于，所述多个永磁体中，周向的形状偏移在所有永磁体中为相同方向。
6.如权利要求4所述的永磁型旋转电机，其特征在于，所述多个永磁体中，周向的形状偏移在相邻的永磁体中彼此为相反方向。
7.如权利要求4所述的永磁型旋转电机，其特征在于，利用下述[数学式2]定义的复矢量K的大小，比所述形状偏移量Ci的绝对值的最大 值要小，或者为零， [数学式2] (e为自然对数的底，j为虚数单位)。
8.—种永磁型旋转电机，其特征在于，包括具有多边形的转子铁心及多个永磁体的转子；和 具有定子铁心及电枢绕组的定子，所述多个永磁体中，离开作为所述多边形的各边中心的基准位置的、周向的位置偏移 在所有永磁体中为相同方向。
9.如权利要求1、4、或8所述的永磁型旋转电机，其特征在于，所述转子铁心在外周具有在周向上等间隔且与所述永磁体数量相同的凸起部， 对所述永磁体进行定位使其紧靠所述凸起部。
10.如权利要求1、4、或8所述的永磁型旋转电机，其特征在于， 所述转子铁心是层叠电磁钢板而构成的。
11.如权利要求1、4、或8所述的永磁型旋转电机，其特征在于， 极数为M= 12η士2η (η为1以上的整数)，且槽数为N = 12η。
12.如权利要求1、4、或8所述的永磁型旋转电机，其特征在于， 极数为M = 9η士η (η为1以上的整数)，且槽数为N = 9η。
13.—种电动动力转向装置，其特征在于，安装如权利要求1、4、或8所述的永磁型旋转电机，以作为对方向盘的操纵力施加辅助 转矩的电动机。
全文摘要
本发明得到一种能够减小因转子侧的偏差所引起的齿槽转矩分量的永磁型旋转电机。在设置有具有多边形的转子铁心及多个永磁体的转子、和具有定子铁心及电枢绕组的定子的永磁型旋转电机中，将极数设为M，将槽数设为N，将M个永磁体沿周向依次设为第1号到第M号，并将第i号(i＝1，2，…，M)永磁体中的、离开在径向上到转轴中心的距离相等且在周向上等间隔的基准位置的、周向的位置偏移量设为hi，这时，定义2πN(i-1)/M(rad)的角度方向的总计M个单位矢量，且对各个单位矢量乘上所述位置偏移量hi后的总计M个矢量的总和的矢量的大小、比所述位置偏移量hi的绝对值的最大值要小。
文档编号B62D5/04GK101884156SQ200880116448
公开日2010年11月10日 申请日期2008年9月26日 优先权日2007年11月15日
发明者中野正嗣, 浅尾淑人, 阿久津悟, 高岛和久 申请人:三菱电机株式会社