磁铁辅助型磁阻马达用转子和无刷马达的制作方法

磁铁辅助型磁阻马达用转子和无刷马达的制作方法
【专利摘要】磁铁辅助型的磁阻马达谋求输出提高且均衡性好地降低齿槽转矩和转矩脉动。转子(3)被使用于利用磁阻转矩和磁铁转矩使转子旋转的磁铁辅助型磁阻马达。转子(3)具备截面圆弧状的S极磁铁(26s)和N极磁铁(26n)。磁铁(26s、26n)各极各设有3个，以其凸侧部位朝向转子中心(Or)侧的状态被埋设在转子3内。S、N极磁铁(26n、26s)的圆弧的中心(Os、On)与转子3的中心(Or)之间的各距离(Rs、Rn)不同(Rs≠Rn)，两者之比是0.92(Rs/Rn＝0.92)。并且，最内层的S极磁铁(26s)的外周部(41)从极域(S1、S2)跨越到相邻的极域(N1、N2)侧地被配置。
【专利说明】磁铁辅助型磁阻马达用转子和无刷马达

【技术领域】
[0001]本发明涉及利用磁阻转矩使转子旋转的无刷马达，特别是涉及将磁铁埋入转子内，辅助地使用磁铁的磁力使转子旋转的磁铁辅助型的磁阻马达所使用的转子的构造。

【背景技术】
[0002]以往以来，磁阻马达作为利用定子-转子间的磁阻差而产生旋转力的类型的电动机为人周知。在磁阻马达中，利用由磁阻差产生的磁阻转矩而使转子旋转。可是，由于磁阻转矩比由磁铁得到的转矩小，因此，与使用了磁铁的同规格的马达相比，磁阻马达存在输出转矩变小的倾向。因此，为了以磁阻马达得到希望的转矩，存在会增大马达规格这样的问题。
[0003]因此，近年来，基本结构形成为磁阻马达，且在转子上配置有磁铁的磁铁辅助型的磁阻马达被提出。例如在专利文献I中，记载有这样的磁铁辅助型的磁阻马达，表示在磁阻马达的转子内埋设有磁铁的结构。在专利文献I的马达中，在转子芯的N、S极的某一方的各磁极中，埋设有磁通密度高的由同一磁铁材料构成的同一形状的第I永磁铁。此外，在另一方的各磁极中，埋设有与上述第I永磁铁不同形状的第2永磁铁。第2永磁铁由磁通密度低的同一磁铁材料形成。根据该结构，在磁阻马达中，辅助地利用磁铁的磁力，通过磁阻转矩和磁铁转矩这两者而使转子旋转，谋求输出提高和马达小型化的并存。
[0004]先行技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利第3818340号公报
[0007]专利文献2:日本特开2011-83066号公报


【发明内容】

[0008]发明要解决的课题
[0009]但是，在磁铁辅助型的磁阻马达中，存在随着磁铁的使用磁阻马达会产生原来没有的齿槽效应这样的问题。此外，在磁铁辅助型的磁阻马达中，也与不是磁铁辅助型的通常的磁阻马达同样地，通电时的转矩变动即转矩脉动被当作课题。即，在磁阻马达中，随着转子的旋转磁阻转矩产生变化，从而随着转子旋转而产生转矩脉动。
[0010]特别是在将磁铁辅助型的磁阻马达作为电动助力转向装置用的马达而使用的情况下，在电动助力转向装置中，由于齿槽效应，方向盘的返回变差，所以需要将马达的齿槽效应抑制得小。此外，存在转矩脉动引起电动助力转向装置的掌舵感的劣化，给予驾驶者不舒适感这样的问题。因此，从舒适的驾驶这样的观点出发，也要求降低磁铁辅助型的磁阻马达的转矩脉动。
[0011]另外，在专利文献I的马达中，与N、S极均为稀土类磁铁的情况相比磁通密度低，马达转矩小。另一方面，若想以专利文献I的结构得到与N、S极均为稀土类磁铁的情况同样的特性，则产生马达规格变大，相应地转矩脉动和齿槽效应也变大这样的问题。
[0012]另一方面，关于转矩脉动，例如在专利文献2中，通过采用连结了定子的顶端部彼此的封闭式定子构造而减少磁阻转矩的变化，谋求转矩脉动的降低。可是，即使在采用了封闭式定子构造的情况下，在电流施加时磁铁外侧的转子芯成为磁路的该马达中，也难以避免来自定子的磁通偏置，残留转矩脉动的状况。特别是在磁铁辅助型的磁阻马达中，由于磁阻转矩的比率大，所以存在转矩脉动的影响变大这样的问题。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]本发明的磁铁辅助型磁阻马达用转子是被使用于磁铁辅助型磁阻马达的转子，该磁铁辅助型磁阻马达具备:定子，具备多相的绕组；以及转子，旋转自如地被配置在上述定子内，在设于其内部的多个安装孔中埋设有多个永磁铁，以上述多个永磁铁的各磁极所形成的磁通的方向为d轴，将与其磁正交的轴设定为q轴，在上述转子上沿周向交替地设有多个上述d轴和上述q轴，利用由上述d轴方向和q轴方向的磁阻差产生的磁阻转矩和由上述永磁铁产生的磁铁转矩，使上述转子旋转，其特征在于，上述多个永磁铁由形成作为N极和S极中的某一方的第I磁极的截面圆弧状的永磁铁、和形成与上述第I磁极不同的极性的第2磁极的截面圆弧状的永磁铁构成，形成上述第I磁极和第2磁极的各永磁铁，以其凸侧部位分别朝向上述转子的中心侧的状态被埋设在上述转子内，在以上述第I磁极和上述第2磁极的各上述d轴为基准，针对各该d轴所属的每个区域将上述转子的截面等分地分割时，上述第I磁极侧的上述永磁铁，在与上述第2磁极侧的上述永磁铁不干涉的状态下跨越到上述第2磁极侧的区域地配置。
[0015]本发明的其他的磁铁辅助型磁阻马达用转子是被使用于磁铁辅助型磁阻马达的转子，该磁铁辅助型磁阻马达具备:定子，具备多相的绕组；以及转子，旋转自如地被配置在上述定子内，在设于其内部的多个安装孔中埋设有多个永磁铁，以上述多个永磁铁的各磁极所形成的磁通的方向为d轴，将与其磁正交的轴设定为q轴，在上述转子上沿周向交替地设有多个上述d轴和上述q轴，利用由上述d轴方向和q轴方向的磁阻差产生的磁阻转矩和由上述永磁铁产生的磁铁转矩，使上述转子旋转，其特征在于，上述多个永磁铁由形成作为N极和S极中的某一方的第I磁极的截面成为梯形的三边形状的永磁铁、和形成与上述第I磁极不同的极性的第2磁极的截面成为梯形的三边形状的永磁铁构成，形成上述第I磁极和第2磁极的各永磁铁，以其凸侧部位分别朝向上述转子的中心侧的状态被埋设在上述转子内，在以上述第I磁极和上述第2磁极的各上述d轴为基准，针对各该d轴所属的每个区域将上述转子的截面等分地分割时，上述第I磁极侧的上述永磁铁，在与上述第2磁极侧的上述永磁铁不干涉的状态下跨越到上述第2磁极侧的区域地配置。
[0016]本发明的无刷马达具备:定子，具备多相的绕组；以及转子，旋转自如地被配置在上述定子内，在设于其内部的多个安装孔中埋设有多个永磁铁，以上述多个永磁铁的各磁极所形成的磁通的方向为d轴，将与其磁正交的轴设定为q轴，在上述转子上沿周向交替地设有多个上述d轴和上述q轴，利用由上述d轴方向和q轴方向的磁阻差产生的磁阻转矩和由上述永磁铁产生的磁铁转矩，使上述转子旋转，其特征在于，上述多个永磁铁由形成作为N极和S极中的某一方的第I磁极的截面圆弧状的永磁铁、和形成与上述第I磁极不同的极性的第2磁极的截面圆弧状的永磁铁构成，形成上述第I磁极和第2磁极的各永磁铁，以其凸侧部位分别朝向上述转子的中心侧的状态被埋设在上述转子内，在以上述第I磁极和上述第2磁极的各上述d轴为基准，针对各该d轴所属的每个区域将上述转子的截面等分地分割时，上述第I磁极侧的上述永磁铁，在与上述第2磁极侧的上述永磁铁不干涉的状态下跨越到上述第2磁极侧的区域地配置。
[0017]本发明的其他的无刷马达具备:定子，具备多相的绕组；以及转子，旋转自如地被配置在上述定子内，在设于其内部的多个安装孔中埋设有多个永磁铁，以上述多个永磁铁的各磁极所形成的磁通的方向为d轴，将与其磁正交的轴设定为q轴，在上述转子上沿周向交替地设有多个上述d轴和上述q轴，利用由上述d轴方向和q轴方向的磁阻差产生的磁阻转矩和由上述永磁铁产生的磁铁转矩，使上述转子旋转，其特征在于，上述多个永磁铁由形成作为N极和S极中的某一方的第I磁极的截面成为梯形的三边形状的永磁铁、和形成与上述第I磁极不同的极性的第2磁极的截面成为梯形的三边形状的永磁铁构成，形成上述第I磁极和第2磁极的各永磁铁，以其凸侧部位分别朝向上述转子的中心侧的状态被埋设在上述转子内，在以上述第I磁极和上述第2磁极的各上述d轴为基准，针对各该d轴所属的每个区域将上述转子的截面等分地分割时，上述第I磁极侧的上述永磁铁，在与上述第2磁极侧的上述永磁铁不干涉的状态下跨越到上述第2磁极侧的区域地配置。
[0018]上述无刷马达能够作为电动助力转向装置的驱动源而使用，由此，能够提供降低了转矩脉动和齿槽效应的电动助力转向用马达，方向盘的返回和掌舵感得到改善。
[0019]发明的效果
[0020]本发明的磁铁辅助型磁阻马达用转子，在辅助地利用磁铁的磁力而使转子旋转的磁铁辅助型的磁阻马达所使用的转子中，因为由截面为圆弧状的永磁铁形成第I磁极和第2磁极，将第I磁极侧的永磁铁不与第2磁极侧的永磁铁干涉地跨越到第2磁极侧的区域地配置，所以能够降低使用了该转子的磁阻马达的转矩脉动和齿槽效应。
[0021]本发明的其他的磁铁辅助型磁阻马达用转子，在辅助地利用磁铁的磁力而使转子旋转的磁铁辅助型的磁阻马达所使用的转子中，因为由截面为梯形的三边形状的永磁铁形成第I磁极和第2磁极，将第I磁极侧的永磁铁不与第2磁极侧的永磁铁干涉地跨越到第2磁极侧的区域地配置，所以能够降低使用了该转子的磁阻马达的转矩脉动和齿槽效应。
[0022]本发明的无刷马达，在辅助地利用磁铁的磁力而使转子旋转的磁铁辅助型的磁阻马达中，因为作为其转子，使用了由截面为圆弧状的永磁铁形成第I磁极和第2磁极，将第I磁极侧的永磁铁不与第2磁极侧的永磁铁干涉地跨越到第2磁极侧的区域地配置的转子，所以能够降低该马达的转矩脉动和齿槽效应。
[0023]本发明的其他的无刷马达，在辅助地利用磁铁的磁力而使转子旋转的磁铁辅助型的磁阻马达中，因为作为其转子，由截面为梯形的三边形状的永磁铁形成第I磁极和第2磁极，将第I磁极侧的永磁铁不与第2磁极侧的永磁铁干涉地跨越到第2磁极侧的区域地配置，所以能够降低该马达的转矩脉动和齿槽效应。
[0024]另外，根据本发明的其他的无刷马达，在磁铁辅助型的磁阻马达中，由桥接部连接定子的齿顶端部彼此，并且在转子内设置收容磁铁的狭缝，由各磁铁沿着转子的周向形成磁极部，以桥接部的周向长度为W1，以相同的极性的磁极部的狭缝间的间隔为W2时，通过将Wl和W2设定成Wl ( W2那样，能够谋求转矩脉动的降低。

【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1是本发明的实施方式I的无刷马达的剖视图。
[0026]图2是沿着图1的A— A线的剖视图。
[0027]图3是表示桥接部的结构的说明图。
[0028]图4是表示外部定子和内部定子的嵌合固定部的结构的说明图。
[0029]图5是表示转子的结构的说明图。
[0030]图6是对于各极表示关于磁铁一中心线间的距离的组合用多目标优化设计软件(?一卜''7 口 y尹^ 7 )解析各极的最内层磁铁一中心线间的距离与转矩脉动的关系的倾向的曲线图。
[0031]图7是表示磁铁中心距离Rs、Rn之比与转矩脉动的关系的曲线图。
[0032]图8是对于各极表示用多目标优化设计软件解析各极的最内侧的磁铁与转子的中心Or之间的距离(最短距离)Ls、Ln的组合的倾向的曲线图。
[0033]图9A是表示根据本发明的设定(a)?(C)使磁铁为非对称配置的情况和如以往那样将磁铁对称地配置的情况的转矩变动的说明图，图9B是表示上述两者的齿槽转矩的不同的说明图。
[0034]图1OA是表示根据本发明的设定(a)?(C)使磁铁为非对称配置的情况的输出转矩的说明图，图1OB是表示如以往那样对称配置了磁铁的情况的输出转矩的说明图。
[0035]图1lA是表示根据本发明的设定(a)?(C)使磁铁为非对称配置的情况的磁阻转矩的说明图，图1lB是表示如以往那样对称配置了磁铁的情况的磁阻的说明图。
[0036]图12A是表示根据本发明的设定(a)?(C)使磁铁为非对称配置的情况的感应电压波形的说明图，图12B是表示如以往那样对称配置了磁铁的情况的感应电压波形的说明图。
[0037]图13是表示转子的偏心结构的说明图。
[0038]图14A是表示使转子外周偏心的情况的转矩波形的说明图，图14B是表示不使转子外周偏心的情况的转矩波形的说明图。
[0039]图15A是比较用组合本发明的设定⑴?(3)的转子的情况的转矩脉动和用以往设定(没有设定(I)?(3))的情况的转子的情况的转矩脉动而表示的说明图，图15B是比较用组合本发明的设定⑴?⑶的转子的情况的转矩和用以往设定的情况的转子的情况的转矩而表示的说明图。
[0040]图16是表示磁铁配置的变形例的说明图。
[0041 ] 图17是表示磁铁形状的变形例的说明图。
[0042]图18是表示本发明的实施方式2的无刷马达中的磁通控制部的结构的说明图。
[0043]图19A表示在各层的狭缝中设有锥部的各种组合，图19B是比较各组合中的转矩脉动率而表示的曲线图。
[0044]图20是针对以往规格的情况、在最内层和中间层设有锥部的情况、仅在最外层设有锥部的情况中的每一种情况，表示旋转角与转矩的关系的说明图。
[0045]图21是比较以往规格和锥角0t为60°、70°、80°的情况的转矩脉动率而表示的曲线图。
[0046]图22是针对以往规格的情况和锥角0t为60°、70°、80°的情况中的每一种情况，表示旋转角与转矩的关系的说明图。
[0047]图23是表示在本发明的磁铁辅助型的磁阻马达中，进行最大转矩控制和转速最大控制的情况的转矩脉动率的说明图。
[0048]图24是本发明的实施方式3的无刷马达的剖视图。
[0049]图25是沿着图24的A — A线的剖视图。
[0050]图26是表示图25的X部的结构的说明图。
[0051]图27是表示被收容在狭槽内的绕组的样子的说明图，图27A表示狭槽成为扇型的以往的结构的情况，图27B表示使用了平行狭槽构造的本发明的马达的结构的情况。
[0052]图28是表示本发明人的实验结果的曲线图，表示转子旋转角与转矩的关系。
[0053]图29是基于图28的实验结果，比较以往的马达和本发明的马达的平均转矩而表示的说明图。
[0054]图30是说明本发明的转矩脉动降低作用的说明图。
[0055]图31是基于图28的实验结果，比较以往的马达和本发明的马达的转矩脉动而表示的说明图。
[0056]图32是表示作为磁铁而使用了粘结磁铁的情况的转子制造装置的结构的说明图。

【具体实施方式】
[0057]以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。以下的实施方式的目的在于，在无刷马达、特别是在磁铁辅助型的磁阻马达中，在谋求输出提高的同时，均衡性好地降低齿槽转矩和转矩脉动。
[0058](实施方式I)
[0059]图1是本发明的实施方式I的无刷马达I (以下略记为马达I)的剖视图，图2是沿着图1的A — A线的剖视图。马达I是通过以磁阻马达为基础，且在转子上配置磁铁，辅助地利用磁铁的磁力的磁铁辅助型的磁阻马达。马达I例如作为电动助力转向装置的驱动源而被使用。马达I如图1所示，与通常的磁阻马达相同地成为在外侧配置有定子(固定子)2、在内侧配置有转子(旋转子)3的内部转子型的无刷马达。
[0060]定子2由有底圆筒形状的马达壳体4、定子芯5、被卷装于定子芯5的定子线圈6 (以下略记为线圈6)、和被安装于定子芯5且电连接线圈6的母线单元(端子单元)7构成。马达壳体4由铁等形成为有底圆筒状。铝模铸制的支架8利用未图示的固定螺钉被安装在马达壳体4的开口部。定子芯5在卷装了线圈6之后被压入固定在马达壳体4的内周面。马达I采用在作为外侧构件的定子2上配置有线圈6的所谓的外部绕组。由于外部绕组的马达比在内侧构件上卷装线圈的结构的马达能够增大绕组的占积率，所以可谋求马达的输出提高。
[0061]如图2所示，定子芯5由圆筒状的外部定子11和被安装在外部定子11的内周侧的内部定子12构成。外部定子11和内部定子12分别通过层叠厚度t (t = 0.35?0.70mm左右)的电磁钢板而被形成。内部定子12由被形成为放射状的24个齿部13和连结齿部13的内周侧的桥接部14构成。在相邻的齿部13之间形成狭槽15。如图3所示，在该马达I中，桥接部14的径向的宽度W被设定在层叠形成定子芯5的I张钢板的板厚t < W < 1.5mm的范围。
[0062]在马达I中，由于齿部13的内周侧由桥接部14连结，所以无法如通常的马达那样利用齿顶端侧的狭缝将线圈卷装在齿上。因此，在马达I中，将定子2分割为外部定子11和内部定子12，并且开放内部定子12的齿部外周侧。根据该构造，能够在齿部13上卷装铜丝而形成线圈6。齿部13在以分布卷绕的方式卷装了线圈6之后，被安装(嵌合固定)在外部定子11的内周侧。由此，形成在狭槽15内收容有线圈6的方式的定子芯5。另外，由于分布卷绕与集中卷绕相比，在桥接部14磁通的泄漏少，与集中卷绕相比能够增大最大转矩，所以在马达I中，以分布卷绕的方式卷装有线圈6。
[0063]图4是表示外部定子11和内部定子12的嵌合固定部的结构的说明图。在马达I中设有24个齿部13。各齿部13的外周侧被嵌合固定于形成在外部定子11的内周面的齿安装槽(凹部)16。如图4所示，在外部定子11侧形成有截面呈倒八字形的燕尾槽状的齿安装槽16。齿安装槽16遍及外部定子11的全长，沿着轴向被延伸设置。相对于此，在齿部13的外周端，形成有外端侧扩大的榫状的嵌合部17。
[0064]外部定子11和内部定子12通过使齿安装槽16和嵌合部17从轴向插入嵌合，以在径向-周向防止脱出的状态被固定。其结果，内部定子12向旋转方向的移动被限制，能够可靠地防止内部定子12相对于旋转方向的力的位置偏离。
[0065]在定子芯5的一端侧安装有母线单元7。母线单元7成为铜制的母线被嵌插成形在合成树脂制的本体部内的结构。在母线单元7的周围，在径向上突设有多个供电用端子21。在母线单元7的安装之际，供电用端子21焊接被从定子芯5引出的线圈6的端部6a。在母线单元7中，设有与马达I的相数相对应的个数(在这里，U相、V相、W相部分的3个和各相彼此的连接用的I个合计4个)的母线。各线圈6同与其相相对应的供电用端子21电连接。定子芯5在安装了母线单元7之后，被压入固定在马达壳体4内。
[0066]在定子2的内侧插入有转子3。转子3具有转子轴22，转子轴22被轴承23a、23b旋转自如地支承。轴承23a被固定在马达壳体4的底部4a中央。轴承23b被固定在支架8的中央部。在转子轴22上，安装有圆筒形状的转子芯24、和作为旋转角度检测部件的解析器31的转子(解析器转子)32。
[0067]在马达壳体4的底部4a外侧(在图1中为右侧)安装有盖33。转子轴22从马达壳体4的底部4a向盖33内延伸。在转子轴22的顶端部安装有解析器转子32。在盖33内收容有控制基板34、35。在控制基板34上安装有动力系元件36，在控制基板35上安装有控制系元件37。在控制基板35上与解析器31的转子的外周侧相向地安装有解析器定子38。在解析器定子38上设有旋转角度检测用线圈的信号线，解析器定子38经由该信号线与控制系元件37电连接。
[0068]形成转子3的转子芯24也通过层叠多张圆板状的电磁钢板而形成。在构成转子芯24的钢板上，作为用于安装磁铁的安装孔而设有多个狭缝25。狭缝25呈圆弧状弯曲，狭缝25内成为空间。狭缝25在以磁极所形成的磁通的方向(永磁铁的中心轴)为d轴，将与其磁正交的轴(永磁铁间的轴)设定为q轴时，将与转子轴22正交的q轴作为交界而设置多组。此外，狭缝25以在d轴上的、被设定在比转子3的外周靠外侧的假想点(后述的S、N极磁铁26n、26s的圆弧的中心Os、On)为中心呈圆弧状配置。在马达I中，以d轴上的上述假想点为中心的多个狭缝25的组呈圆弧状地设置4组，在各组中分别形成多层的磁路。另外，在该各狭缝25中埋入有后述的磁铁26的状态下，在其端部，由狭缝25和磁铁26形成的空间作为用于使转子3的磁阻沿着旋转方向不同的磁通量屏障而发挥作用。
[0069]在这里，在通常的磁阻马达中，为了使转子3的磁阻变化，狭缝25保持空隙地作为磁通量屏障而被使用，但是在本发明的马达I中，为了提高输出，多个磁铁(永磁铁)26被埋入狭缝25内。在马达I中，成为磁阻转矩为主，磁铁转矩为辅助这样的定位。因而，作为磁铁26使用了廉价的铁素体磁铁。但是，为了进一步增加输出，磁铁26也可以使用粘结钕磁铁等稀土类磁铁。
[0070]图5是表示转子3的结构的说明图。在图5的转子3中，作为多个磁铁26，设有外周侧成为S极的磁铁26s (26sl、26s2)和外周侧成为N极的磁铁26n (26nl、26n2)。即，转子3成为4极结构，马达I形成为4极24狭槽结构(2极12狭槽X 2)。并且，本发明的转子3具有如下那样的3个特征。
[0071](I)各极的磁铁26被形成为圆弧状。此外，磁铁26沿着径向各设有3个，在转子3上d轴和q轴沿周向交替地设置多个。由此，可谋求在有效地利用磁阻转矩的同时，由磁铁转矩带来的转矩加强。
[0072](2) S极的磁铁26sl、26s2和N极的磁铁26nl、26n2相对于中心线非对称地被配置。由此，可谋求转矩脉动和齿槽效应的降低。
[0073](3)转子3成为外周偏心的形状。由此，可谋求转矩脉动的降低。
[0074]以下，对这些各特征进行说明。
[0075](I)配置3个圆弧状磁铁
[0076]首先，关于上述(I)，在转子3中，如上述那样，将磁极所形成的磁通的方向作为d轴，并且将与其磁正交的轴作为q轴，在转子3上设定多个d轴和q轴。此时，d轴和q轴沿着周向交替地设置。在转子3上，为了使q轴磁通容易通过，设有圆弧的狭缝25。圆弧状的磁铁26被埋入狭缝25。S卩，转子3成为q轴的磁通容易通过，能够较大地取得电感Lq的构造。因而，也能够增大由磁铁26带来的磁铁转矩，即使是铁素体磁铁也能够得到充分的转矩。
[0077]在该情况下，通过增多圆弧(狭缝25)而能够增加磁路，也能够强化磁铁转矩。可是，为了增多狭缝25，不得不减薄磁铁26。此外，若增多狭缝25，则钢板的磁路宽度也变小，容易磁饱和。另外，用于获得磁阻转矩的Ld — Lq(Ld与Lq之差)即使磁铁26的数量(层数)为3以上也基本不变。因此，磁铁26的数量(层数)为3个左右是现实的，在转子3中磁铁26为3层结构。
[0078]此外，无论N极、S极，各层的狭缝25a?25c均分别以同一半径形成。并且，各层的磁铁26a (最内层)、26b (中间层)、26c (最外层)使用相同的磁铁。即，磁铁26为26a?26c这三种足够，由此，也削减了零件件数。
[0079](2)磁铁非对称配置
[0080]接着，关于上述(2)，在转子3中，通过磁铁的非对称设定而使转矩脉动降低。在该情况下，转子3的非对称设定具有如下那样的特征。
[0081 ] (a)将磁铁26s (第I磁极)和磁铁26η (第2磁极)的各d轴作为基准，针对各d轴所属的每个区域等分地分割转子3的截面。并且，相对于成为各区域的分割线的转子3的正交的中心线Ml、M2，将一方的极(在这里为S极)的最内侧的磁铁26a跨越到相邻的极的域(区域)地配置。但是，伸出到相邻的极域的磁铁与相邻极的磁铁不产生干涉，确保成为q轴的磁路的空间。其结果，由q轴区分的磁铁26s的区域的角度Θ I (以转子3的中心Or为中心的中心角)被设定得比磁铁26η的区域的角度Θ 2(同上)大(Θ I > Θ 2)。
[0082](b)磁铁26的中心位置在S极和N极上偏离。S卩，S、N极磁铁26n、26s的圆弧的中心Os (第I中心点)、0n(第2中心点)、和转子3的中心Or之间的各距离(磁铁中心距离)Rs (Rl)、Rn (R2)互相不同(Rs # Rn)。
[0083](c)各极的最内侧的磁铁26a和转子3的中心Or之间的距离(最短距离)Ls (LI)、Ln (L2)在S极和N极不同(Ls ^ Ln)。
[0084](a)关于磁铁的重叠
[0085]如图5所示，在转子3中，存在将磁铁26s (第I磁极)和磁铁26η (第2磁极)的各d轴作为基准，将转子3的截面针对各d轴所属的每个区域等分地分割的4个区域，即由中心线肌、112划分的4个极域51、附、52、吧。在本发明的转子3中，最内层(最接近转子中心Or的层)的S极磁铁26s的外周部41从极域S1、S2向相邻的其他极的极域N1、N2侧伸出。另外，跨越到相邻域侧的区域的磁铁既可以是S极也可以是N极，在这里，表示S极的磁铁26s重叠于(跨越到)N极的域的情况。向相邻域的重叠量越大越能够降低转矩脉动，但是为了防止与相邻极干涉，在S极磁铁26s与同其相邻的N极磁铁26η之间设有空间42。
[0086]图6是对于各极表示关于磁铁一中心线间的距离的组合用多目标优化设计软件(多目的口八'只卜設計最適化支援、> 一少:商品名)解析各极的最内层磁铁26a与中心线M1、M2的距离同转矩脉动的关系的结果的倾向的曲线图。另外，在图6的横轴中，负的值表示重叠于相邻极域的状态。如图6可知，若使S极重叠，则脉动降低，距中心线具有某种程度距离的N极的脉动变小。另一方面，若S极和N极干涉，则S极的脉动增加(S极伸出设定的情况)，若极间距离过近，则转矩降低。因而，在转子3中，使S极磁铁26s重叠于N极域，且在与N极磁铁26η之间设有电磁钢板的板厚(0.35?0.70mm左右)的2倍左右(例如，1.2mm)的空间42。
[0087](b)关于极的中心位置的偏离
[0088]图7是表示磁铁中心距离Rs、Rn之比与转矩脉动的关系的曲线图。如根据图7可知那样，若Rs/Rn变大，则转矩脉动增加。因而，Rs/Rn越小转矩脉动越减少。可是，若Rs/Rn比0.92小，则S极磁铁26s和N极磁铁26η干涉。因而，为了降低转矩脉动，将Rs/Rn设定为0.92为最佳。
[0089](c)关于磁铁的配置偏离
[0090]图8是对于各极表示关于上述的距离Ls、Ln的组合用多目标优化设计软件解析的结果的倾向的曲线图。如图8所示，用Ls是7、Ln是9表示极小值。因而，根据该结果可知，有关Ln、Ls，只要在成为Ls:Ln = 7:9的位置上配置各极的最内层磁铁26a即可。
[0091]一般而言，在马达中若对称配置磁铁，则齿槽效应产生极和狭槽的最小公倍数的次数。因而，在4极24狭槽的马达的情况下，马达每旋转I周产生24峰值的齿槽效应。为了降低齿槽效应，采用实施偏斜(只? I一)等方法，但是存在受泄漏磁通的影响转矩降低这样的课题。在本发明的马达I中，通过将转子3以(a)?(c)那样的形式形成为非对称形状，抵销在各极产生的转子一定子间的吸引力，谋求齿槽效应的降低。
[0092]图9是表示根据上述的(a)?(C)的设定非对称地配置磁铁的情况和如以往那样对称地配置磁铁的情况的转矩变动(图9A)和上述两者的齿槽转矩的不同(图9B)的说明图。如图9A所示，在非对称地配置磁铁的情况下，转矩的变动被抑制得小。此外，如图9B所示，在以往设定为100的情况下，在本发明的设定中，齿槽效应其20%被控制。
[0093]另一方面，马达I的输出转矩成为磁阻转矩和磁铁转矩的合成转矩，但是在对称转子的情况下，由于Ld - Lq的变动，磁阻转矩的脉动会变大。因此，在本发明的马达I中，通过使转子为非对称，使在图5的A部(S极域S1、S2)产生的磁阻转矩和在B部(N极域NU N2)产生的磁阻转矩抵销，使转矩脉动降低。
[0094]图1OA是表示根据上述的(a)?(C)的设定将磁铁非对称地配置的情况的输出转矩，图1OB是表示如以往那样对称配置了磁铁的情况的输出转矩的说明图。另外，在图中的、Tm是磁铁转矩，Tr是磁阻转矩，Tt是Tm和Tr合成了的输出转矩(合计转矩)。如图1OA所示可知，若非对称配置磁铁，则与图1OB的情况相比，转矩脉动被大幅度地抑制。
[0095]在该情况下，关于与磁阻转矩相关的脉动，如图1lA所示，A部和B部的磁阻转矩Tr (A)、Tr (B)互相抵销。由此，整体的磁阻转矩Tr (合成)与图1IB所示的对称结构的情况相比，被大幅度地降低。
[0096]此外，即使对于磁铁转矩，在对称转子中，也由于高次谐波成分承载于磁通，感应电压波形变形，转矩脉动变大。相对于此，若转子为非对称，则高次谐波成分被抵销，感应电压波形被正弦波化，磁铁转矩的转矩脉动也被降低。如上述那样，也有利用偏斜使感应电压正弦波化而使转矩脉动降低的方法，但是在该情况下，由于偏斜而转矩降低。在如本发明那样的转子非对称结构中，由于不会引起转矩降低，所以与偏斜相比，能够有效地使转矩脉动降低。
[0097]图12A是表示根据上述的(a)?(C)的设定非对称配置了磁铁的情况的感应电压波形的说明图，图12B是表示如以往那样对称配置了磁铁的情况的感应电压波形的说明图。如图12B所示，若对称配置磁铁，则感应电压波形产生变形。相对于此，若非对称配置磁铁，则如图12A那样可知，其被正弦波化。
[0098](3)转子偏心
[0099]另外，关于上述(3)，在转子3中，通过外周的偏心设定而使转矩脉动降低。图13是表示转子3的偏心结构的说明图。另外，在图13中，为了明确地表示转子3偏心的状态而夸大地表示转子外形。此外，如上述那样，跨越到相邻域侧的区域的磁铁无论是S极还是N极均可，所以在图10中，与图3相反地例示了 N极的磁铁26η重叠在S极的域的结构。
[0100]如图13所示，转子3的外周不是以点Or为中心一样的圆周。转子3的外周，针对4个极域S1、S2、N1、Ν2的每一个，由以不同的点为中心的半径的圆弧形成，它们由各极域的交界点P连接。即，各极域的外周由以偏心点Oec为中心的半径Rec的圆弧形成。偏心点Oec从转子中心点Or向径向外侧分别离开偏心距离Lec，被配置在相对于中心线Ml、M2倾斜45°的线段上。半径Rec比转子3的最外周位置Q和转子中心Or之间的距离Rmax小。
[0101]若使偏心做转子3的外周，则能使感应电压波形的高次谐波成分更加降低，由此，可谋求转矩脉动的进一步降低。此外，由于转子偏心，随着转子旋转的磁通变化变缓慢。其结果，能够使磁铁转矩的变动降低，可谋求转矩脉动的降低。图14A是表示使转子外周偏心的情况的转矩波形，图14B是表示不使转子外周偏心的情况的转矩波形的说明图。
[0102]如图14所示，若偏心设定转子3，则转矩脉动、特别是磁铁转矩Tm的转矩脉动被抑制，输出转矩Tt的脉动也被降低。此外，根据发明人的实验，即使在“非对称-无偏心”的设定的情况下，也比“对称-无偏心”大幅抑制转矩脉动(转矩脉动率—降低到5% )，通过进一步设定为“非对称-有偏心”，能够使转矩脉动进一步降低(转矩脉动率降低到3.7%左右)。一般而言，在电动助力转向用马达中，优选转矩脉动控制为小于5%。在“非对称-无偏心”的设定的情况下，该基准基本上是可以的，但是为了使磁阻转矩和磁铁转矩的脉动均降低，且将整体的转矩脉动可靠地抑制为小于5%，最好使转子的外周偏心。
[0103]这样，在本发明的马达I中，根据上述的(I)?(3)的转子非对称设定，能够使磁阻转矩和磁铁转矩这两方的转矩脉动降低，并且谋求齿槽效应的降低。图15是将使用了组合如上述那样的⑴?⑶的设定的转子的情况下和使用了未实施⑴?⑶而如以往那样设定的情况下的、转矩脉动(图15A)和转矩(图15B)分别比较而表示的说明图。如图15所示，在本发明的设定的情况下，虽然转矩与以往设定相同，但是转矩脉动减半。即，根据本发明，相对于以往设定，能够不牺牲转矩地降低转矩脉动。
[0104]另外，也可以以与上述的实施方式I不同的方式配置磁铁来实现上述同样的结构。即，在之前的实施方式I中，将S极磁铁26s以点Os作为相同的中心层状配置，并且将N极磁铁26η以点On作为相同的中心层状配置。并且，以使中心Os、On与转子中心Or之间的各距离Rs、Rn不同的形式配置3层的磁铁26，不与其他极磁铁干涉地，使磁铁26a重叠于相邻的极的域，但是也能够成为如图16A、B那样的结构。
[0105]S卩，如图16A所示，也可以使各层的磁铁的半径为相同的值Rtl,以将各半径的中心点配置在不同的位置O1' O 3的形式将磁铁26层状配置。在图16A的情况下，各磁铁的中心被配置在相对于中心线Ml、M2倾斜45°的线段上，各中心点与转子中心Or之间的距离各不相同。此外，如图16B所示，也可以将S极磁铁26s的半径的中心点Os和N极磁铁26η半径的中心点On分别配置在与转子中心Or同一距离的位置(距离Or — Os =距离Or —On)，使各磁铁26s、26n的半径分别不同。
[0106]另外，在马达I中，作为磁铁26表不了使用截面圆弧状的永磁铁的例子，但是也可以使用如图17所示那样的、截面为等腰梯形的三边(上底和两斜边)形状的磁铁43。另夕卜，磁铁26、43如上述那样平衡性良好地配置3个，然而其个数不限定于3个，例如也可以是2个或4个。
[0107]另一方面，在上述的实施方式中，以由桥梁部14连结齿部13的内周侧的结构的无刷马达为例，但是对于不设置桥接部，分别分离地形成各齿的结构的无刷马达也能够应用本发明。此外，齿部13的结构也不限定于将其嵌合固定于外部定子11的齿安装槽16的结构，也可以是一体地形成外部定子11和齿部13的结构。
[0108](实施方式2)
[0109]图18是表示本发明的实施方式2的无刷马达51 (以下略记为马达51)的结构的说明图。马达51除了实施方式I的马达I的上述3个特征之外，还加入第4特征。S卩，在马达51中，在最内层的磁铁26向相邻的其他极的极域侧伸出的区域(图5的S极区域、图13的N极区域)，在最外层的狭缝25的端部设有直线状的锥部52。另外，有关与实施方式I相同的部分、构件等标注相同的附图标记，省略其说明。
[0110]在上述的马达I中，根据上述的⑴?(3)的结构，明确了 EPS用马达的转矩脉动率上限值(5% )，但是在进行最大转矩控制和转速最大控制的情况下，有在低电流区域余量少的倾向。因此，在马达51中，通过在转子3的最外层狭缝25c的周边端部设置直线状的锥部52，并在狭缝端部形成磁通控制部53，控制流过狭缝25a、25b间的磁通量，谋求转矩脉动率的进一步降低。
[0111]如图18所示，在马达51的转子芯24，在最外层的狭缝25c的两端部，设有将狭缝25c的周缘形成为直线状的锥部52。在马达51中，磁通控制部53被形成于锥部52与中间层的狭缝25b之间。锥部52设于最外层的磁铁26c的极弧角α与狭缝25c的开口角β之间。即，两锥部52的基点K所成的角0k成为α彡0k< β。另外，在图18中，0k =α。此外，沿着锥部52的线A与磁铁26c的端部位置的线B所成的锥角0t形成为比0°大且小于90° (0° < 0t<9O° )。根据发明人的实验，0t是60°?75°左右，优选68°?72°左右是适当的，在本实施方式中采用0t = 7O°。
[0112]马达51为了 EPS用成为进行正反转的规格，为了平衡性良好地进行正反转，狭缝25c两端的各锥部52相对于中心线Ot被对称配置。即，两锥部52间的基点角0k由中心线Ot等分地分配。此外，两锥部52的各锥角0t成为互相相等的值。另外，在仅一个方向旋转的马达中，也可以无需在狭缝25c的两端部设置锥部52并形成磁通控制部53，而根据旋转方向仅在单侧设置锥部52。在该情况下，锥部52的基点K与上述同样被配置在极弧角α与开口角β之间，但是由于仅在单侧设置锥部52，所以基点角0k是O。
[0113]另一方面，也可假想这样的锥部52不仅设于最外层的狭缝25c，还设于最内层、中间层的狭缝25a、25b的结构。图19是在各层的狭缝25中设有锥部的各种组合(图19A)和各组合中的转矩脉动率比较地表示的曲线图(图19B)。如图19所示，在最内层的狭缝25a中设有锥部的情况(N0.1?N0.4)总而言之转矩脉动率高，与以往的规格(N0.8)相比转矩脉动相反地变大。此外，在中间层的狭缝25b中设有锥部的情况(N0.1、2、5、6)下，也能够看出转矩脉动降低效果(N0.5)，看一下由最外层的锥部带来的效果，无法获得较大地超过以往规格的成果。相对于此，仅在最外层的狭缝25c中设有锥部的情况下(N0.7)，在最大转矩控制-转速最大控制中，转矩脉动降低效果均大，与以往规格相比能够抑制转矩脉动率。
[0114]图20是针对以往规格(无锥部)的情况、在最内层和中间层设有锥部的情况、仅在最外层设有锥部的情况中的每一种情况，表示旋转角与转矩的关系的说明图。在该情况下，图20A表示各部位的转矩，图中的TP表示设有锥部52的部位(磁铁重叠侧)，相同地，NT表示不设置锥部52的部位的转矩变动。此外，图20B将TP部的转矩分为磁阻转矩Tr和磁铁转矩Tm地表示。
[0115]在图20A，观察TP部的转矩成为顶点的位置，在最内层和中间层设有锥部的情况下，在TP部和NT部成为放大转矩的形状。相对于此，仅在最外层设有锥部的情况下，在TP部和NT部成为抵销转矩的形状。另外，观察图20B可知，Tr的相位在各自的情况下较大地变化，图20A中的转矩波形的变化主要是基于Tr的相位变化的部位大。即，通过设置锥部52并形成磁通磁控制部53，TP部的磁通密度分布变化，伴随该变化，Tr的相位也变化。其结果，能够在TP部和NT部抵销转矩的峰值，可谋求转矩脉动的降低。
[0116]接着，有关锥角0t，在最外层的狭缝25c设有锥部52的情况下，0t为60°?75°左右，优选为68°?72°的情况下，与以往规格相比降低了转矩脉动率。图21是表示发明人的实验结果的曲线图，在这里，比较以往规格和0t为60°、70°、80°的情况而表示(图2IA是最大转矩控制，图2IB是转速最大控制)。如通过图21可知那样，在最大转矩控制和转速最大控制中，从低电流区域到高电流区域，Θ t为70°的情况平衡性最好，转矩脉动率变低。与上述同样地，通过TP部和NT部的转矩变化观察时，如图22A所示，TP部的最大转矩旋转角在0t = 7O°、60°时，从以往规格的10°变化为16°。此外，根据图22B可知，通过0t为70°、60°，Tm的峰值转矩增大。随着该峰值转矩的变化，TP部的最大转矩旋转角变化，在TP部和NT部转矩的峰值被抵销。因而，通过使0t为60°?75°左右，可谋求转矩脉动的降低。
[0117]这样，在本发明的马达51中，利用实施方式I中的(I)?(3)的转子非对称设定和(4)的锥部52，能够使转矩脉动降低。图23是比较使用了组合如上述那样的(I)?(4)的设定的转子的情况和使用了不实施⑴?⑷而如以往那样设定的情况的转子的情况下的、转矩脉动率而表示的说明图。如图23所示，在本发明的设定的情况下，在最大转矩控制和转速最大控制中，低电流区域的转矩脉动均被降低，相对于以往设定，能够相对于上限值有较大的余量。
[0118](实施方式3)
[0119]图24是本发明的实施方式3的无刷马达101 (以下略记为马达101)的剖视图，图25是沿着图24的A — A线的剖视图。马达101也是以磁阻马达为基础且在转子上配置磁铁，从而辅助地利用磁铁的磁力的磁铁辅助型的磁阻马达。马达101例如被使用为电动助力转向装置的驱动源。马达101如图24所示，与通常的磁阻马达相同地，成为在外侧配置有定子(固定子)102且在内侧配置有转子(旋转子)103的内部转子型的无刷马达。
[0120]定子102被固定在有底圆筒形状的马达壳体104(以下略记为壳体104)的内侧。定子102由定子芯105、被卷装于定子芯105的齿部109的定子线圈106 (以下略记为线圈106)、和被安装于定子芯105且与线圈106电连接的母线单元(端子单元)107构成。壳体104由铁等形成为有底圆筒状。在壳体104的开口部，由未图示的固定螺钉安装有铝模铸制的支架108。
[0121]定子芯105通过层叠钢制的板材(例如电磁钢板)而被形成。在定子芯105上，朝向径向内侧地突出设置有多个齿部109。在相邻的齿部109之间形成有狭槽131。在狭槽131中以分布卷绕的方式收容有内侧线圈106。在定子芯105上安装有合成树脂制的绝缘体111。在绝缘体111的外侧卷装有线圈106。
[0122]图26是齿部109部分、即图25的X部的放大图。如图26所示，在齿部109的内周侦牝设有连结相邻的齿顶端部109a彼此的桥接部132。在桥接部132，为了使定子侧的磁通容易流动，并且为了容易冲压加工，在与齿顶端部109a之间设有倒角部133 (R或C倒角)。桥接部132的径向的宽度tl被设定为与构成定子芯105的电磁钢板的板厚大致相同的值。另外，之所以像上述那样分布卷绕线圈106，是因为与集中卷绕相比，桥梁部132的磁通的泄漏少，与集中卷绕相比能够增大最大转矩。
[0123]此外，齿部109其周向的宽度B越趋向像顶端部侧变细。齿部109，整体上成为中心角Θ的扇型状。由此，狭槽131其相向的周向的内表面131a沿着径向成为互相平行的状态。以往，在磁铁辅助型磁阻马达中，齿为等宽度的直形状，狭槽为扇型。因为，若将绕组收容在狭槽内，则如图27A所示，线圈的收容性变差，在焊接线圈时，有可能线圈彼此磨破而产生绝缘不良。特别是如马达101那样，在齿内周侧被连结的结构的情况下，由于卷线机的线圈绕制是困难的，所以采用将粗的线圈插入狭槽内之后焊接线圈间的方式。可是，在该马达中，焊接时需要扭转线圈，若在狭槽内线圈具有游隙，则线圈彼此摩擦，有可能会损伤线圈的被膜。
[0124]相对于此，在马达101中，由于狭槽131的内表面131a成为平行状态，所以如图27B所示，能够将粗的线圈106收容性好地配置在狭槽131内。此外，因为狭槽131的宽度SW被设定成与构成线圈106的线材的粗细大致相同(或略大)程度，所以线圈106几乎没有游隙地被收容在狭槽131内。因此，焊接时即使线圈扭转，线圈也不易游动，线圈彼此也不易摩擦。因而，防止线圈被膜的损伤，线圈的绝缘性提高。
[0125]另一方面，在马达101中，如上述那样，齿部109的基端侧的宽度变大。由此，齿内的磁通的流动变平滑，变得难以产生齿部分的磁通饱和。此外，在与使齿为直形状的情况相比，定子芯105的后芯{,'V ”7、部分的空间变大。其结果，磁阻减少，与同规格的马达相比，能够实现转矩提高。图28是表示发明人的实验结果的曲线图，图29是基于其实验结果，比较地表示以往的马达和本发明的马达的平均转矩的说明图。如图28、23可知那样，本发明的马达与以往的马达相比转矩提高，能够使平均转矩增加约5%左右。
[0126]在定子芯105的一端侧安装有母线单元107。母线单元107成为铜制的母线被嵌插成形在合成树脂制的本体部内的结构。在母线单元107的周围，沿径向突出设有多个供电用端子112。在安装母线单元107之际，供电用端子112与从定子芯105引出的线圈106的端部106a被焊接到一起。在母线单元107中，母线设有与马达101的相数相对应的个数(在这里，U相、V相、W相部分的3个和各相彼此连接用的I个合计4个)。各线圈106同与其相相对应的供电用端子112电连接。定子芯105在安装了母线单元107之后，被压入固定在壳体4内。
[0127]在定子102的内侧插入有转子103。转子103具有转子轴113。转子轴113被轴承114a、114b旋转自如地轴支承。轴承114a被固定在壳体4的底部中央。轴承114b被固定在支架108的中央部。在转子轴113上，安装有圆筒形状的转子芯115、和作为旋转角度检测部件的解析器121的转子(解析器转子)122。解析器121的定子(解析器定子)123被收容在合成树脂制的解析器支架124中。解析器支架124由安装螺钉125固定在支架108的内侧。
[0128]转子芯115也通过层叠多张圆板状的电磁钢板而被形成。在构成转子芯115的钢板上，作为磁铁安装孔而设有多个狭缝134。狭缝134呈圆弧状弯曲，狭缝134内成为空间。狭缝134沿着以被设定在比转子103的外周靠外侧的假想点(未图示)为中心的圆弧设置。狭缝134以其凸侧部位朝向转子103的中心侧的状态被形成在转子内。狭缝134的外径侧端部134a和转子芯115的外周缘115a之间的宽度t2被设定为与电磁钢板的板厚大致相同的值。
[0129]此外，在以磁极所形成的磁通的方向(永磁铁的中心轴)为d轴，并将与其磁正交的轴(永磁铁间的轴)设定为q轴时，狭缝134以与转子轴113正交的q轴作为交界而设置多组。在马达101中，多个狭缝134的组呈圆弧状设置4组，在各组中分别形成多层的磁路。
[0130]在马达101中，为了输出提高，在狭缝134内埋入有多个磁铁(永磁铁)16。在各磁铁116的部位，沿着周向形成有磁极部135。在马达101中，成为磁阻转矩为主，磁铁转矩为辅助这样的定位。因而，作为磁铁116，使用廉价的铁素体磁铁。但是，为了进一步增大输出，磁铁116也可以使用粘结钕磁铁等稀土类磁铁。
[0131]在转子103中，作为形成磁极部135的多个磁铁116，设有外周侧为S极的磁铁116s和外周侧为N极的磁铁116η。转子103成为具备4个磁极部135的4极结构，马达101被形成为4极24狭槽结构。各极的磁铁116被形成为圆弧状，沿着径向各设有3个，在转子103上沿周向交替地设有多个d轴和q轴。由此，有效利用磁阻转矩，且可谋求由磁铁转矩带来的转矩加强。
[0132]在转子103中，如上述那样，以磁极所形成的磁通的方向为d轴，并且以与其磁正交的轴为q轴，在转子103上设定多个d轴和q轴。此时，d轴和q轴沿着周向交替设置。为了使q轴磁通容易通过，在转子103上设有圆弧状的狭缝134，圆弧状的磁铁116被埋入其中。即，为了使q轴的磁通容易通过，转子103成为能够取得大的电感Lq的构造。因而，也能够增大由磁铁116带来的磁铁转矩，即使铁素体磁铁也获得充分的转矩。
[0133]另一方面，在马达101中，在定子侧桥接部132的周向的宽度尺寸Wl与转子芯115的狭缝134间的尺寸W2之间，设定Wl ( W2的关系。在该情况下，Wl是桥接部132的两倒角部133的顶端间的距离。此外，W2是同极内的相邻的狭缝134间的距离，是形成在狭缝134间的磁路部136的周向的长度。马达101根据封闭式定子构造，磁阻转矩的变化被抵销，转矩脉动被抑制得比较小。此外，在马达101中，通过Wl彡W2的设定尺寸，即，使定子侧的桥接部132不宽于转子侧的磁路部136的设定，使磁阻转矩的变动缓慢，另外，使转矩脉动降低。
[0134]图30是说明由基于本发明的上述设定带来的转矩脉动降低作用的说明图。图30A表示Wl > W2的情况，图30B表示像本发明那样Wl ( W2的情况。如图30A所示，若将Wl、W2设定为Wl > W2，则转子103旋转而成为(A)那样的状态时，转子103的磁路部136p靠近相向的左齿部109p侧，因此，由从齿部109p流入磁路部136p的磁通Φ I产生与旋转方向相反方向的磁阻转矩。接着，转子103旋转而成为(B)那样的状态(转子侧磁路部136与定子侧桥梁部132的中心彼此一致，两者正好相向的状态)时，由于磁阻升高，所以磁通Φ2剧烈地减少，抵销该磁通Φ2的右侧的磁通Φ3也变小。虽然由于封闭式定子构造磁通量的变化得到改善，但是在(A) — (B)之间磁阻转矩突然变小。
[0135]在转子103进一步旋转而成为(C)那样的状态时，由于这次磁路部136p靠近右齿部109q侧，所以从齿部109q流入磁路部136p的磁通Φ 4突然变大，在与旋转方向相同的方向(正方向)产生磁阻转矩。即，在Wl >W2的情况下，如(A)反方向的磁阻转矩产生—(B)磁阻转矩突然减少一(C)正方向的磁阻转矩产生那样，磁阻转矩的方向和大小剧烈地变化。因此，虽然磁通量的变化由封闭式定子构造抑制，但是难以避免随着磁阻转矩的骤变的转矩脉动的产生。
[0136]相对于此，如图30B所示，在将W1、W2设定为Wl ( W2的情况下，在㈧的情况下，与(a)同样地，由于磁通Φ I而产生与旋转方向反方向的磁阻转矩。另一方面，在转子103旋转而成为(B)的状态时，在这里，由于W2比Wl大，所以在齿部109的顶端部与转子103的磁路部136p之间存在对向部R。因此，磁阻不会剧烈变小，磁通Φ2、Φ3比(a)的情况大。即，更有效地运用由封闭式定子构造带来的磁通的进入，抑制磁通量变化的同时，左右的磁通Φ2、Φ 3缓慢地被抵销。
[0137]转子103进一步旋转成为(C)的状态时，与(a)同样地产生磁通Φ4，但是与此同时，也残留从齿部109p流入磁路部136p的磁通Φ5。因此，成为磁通Φ4 —边被Φ 5抵销一边增大的状态，缓慢地产生正方向的磁阻转矩。即，在Wl < W2的情况下，也按照(A)反方向的磁阻转矩产生一(B)磁阻转矩减少一(C)正方向的磁阻转矩产生这样的顺序，但是左右的磁通适宜抵销，磁阻转矩的方向和大小缓慢地变化。因而，(a)那样的磁阻转矩的骤变被抑制，可谋求转矩脉动的降低。图31是表示发明人的实验结果的说明图(比较图28的脉动)。如通过图31可知那样，本发明的马达与以往的马达相比，能够使转矩脉动降低。
[0138]另外，桥接部132的周向的宽度尺寸W1，能够从0，即相向的倒角部133彼此连续接触的情况，取值到相邻的齿顶端部109a彼此的间隔(不设置倒角部133的情况)。
[0139]本发明不限定于上述实施方式，在不脱离其要旨的范围内能够进行各种变更。
[0140]例如，上述的实施方式1、2的构造也能够适用于实施方式3的马达101，此外，与其相反，上述的实施方式3的构造也能够适用于实施方式1、2的马达1、51。
[0141]此外，作为磁铁26、116，也能够使用粘结磁铁或烧结磁铁。例如磁铁26使用粘结磁铁的情况下，在狭缝25内被注入熔融了的磁性成形材料，通过将其冷却，在狭缝25内成形粘结磁性体。此时，为了使磁性成形材料的分子取向一致，在图32所示那样的转子制造装置201内收容转子芯24，向狭缝25内注入磁性成形材料。转子制造装置201成为具备沿周向交替配置有励磁磁铁202和磁性芯203的励磁部件204的结构。在此，从在周向相邻的励磁磁铁202产生的磁通集中于位于各励磁磁铁202间的磁性芯203后，朝向径向的内侧延伸。因此，能够在转子收容部205内产生高磁通的磁场，能够使转子芯24的径向内侧附近的区域X产生为了使磁性材料的分子取向一致而所需的I(T)左右的磁场。
[0142]因而，能够对被收容在励磁部件204内的转子芯24遍及整个径向地施加磁场，在向各狭缝25内注入粘结磁性体的磁性成形材料时，能够使粘结磁性体的取向遍及整个径向地一致。由此，取向后，在使粘结磁性体磁化的情况下，能够提供被赋予了希望的磁力的磁铁26。在该情况下，即使在如本实施方式那样的多层IPM构造的转子中，直到被注入到位于径向最内层的狭缝25的粘结磁性体，也能够使取向可靠地一致。因而，在被形成在各狭缝25内的各磁铁26间的磁力的不均也被抑制。
[0143]除此之外，本发明的无刷马达也能够适用于电动助力转向装置以外的、混合动力车、电动汽车等其他的电气机械-设备。
[0144]附图标记的说明
[0145]I 无刷马达
[0146]2 定子
[0147]3 转子
[0148]4 马达壳体
[0149]4a 底部
[0150]5 定子芯
[0151]6 定子线圈
[0152]6a 端部
[0153]7 母线单元
[0154]8 支架
[0155]11 外部定子
[0156]12 内部定子
[0157]13齿部
[0158]14桥接部
[0159]15狭槽
[0160]16齿安装槽
[0161]17嵌合部
[0162]21供电用端子
[0163]22转子轴
[0164]23a^23b轴承
[0165]24转子芯
[0166]25狭缝(安装孔)
[0167]25a ?25c 狭缝
[0168]26磁铁
[0169]26a最内层磁铁
[0170]26b中间层磁铁
[0171]26c最外层磁铁
[0172]26ηN 极磁铁
[0173]26sS 极磁铁
[0174]31解析器
[0175]32解析器转子
[0176]33盖
[0177]34控制基板
[0178]35控制基板
[0179]36动力系元件
[0180]37控制系元件
[0181]38解析器定子
[0182]41外周部
[0183]42空间
[0184]43磁铁
[0185]51无刷马达
[0186]52锥部
[0187]53磁通控制部
[0188]MU M2中心线
[0189]N1、N2N 极域
[0190]S1、S2S 极域
[0191]OsS极磁铁中心点
[0192]OnN极磁铁中心点
[0193]Or转子中心点
[0194]Rs磁铁中心距离(Os - Or)
[0195]Rn磁铁中心距离(On — Or)
[0196]Ls最内层磁铁距离
[0197]Ln最内层磁铁距离
[0198]Oec偏心点
[0199]Lec偏心距离
[0200]P交界点
[0201]Q最外周位置
[0202]Rec偏心半径
[0203]Rmax转子最外周位置距离(Q — Or)
[0204]Tr磁阻转矩
[0205]Tm磁铁转矩
[0206]Tt输出转矩
[0207]101无刷马达
[0208]102定子
[0209]103转子
[0210]104马达壳体
[0211]105定子芯
[0212]106定子线圈
[0213]106a 线圈端部
[0214]107母线单元
[0215]108支架
[0216]109齿部
[0217]109a齿顶端部
[0218]109p、109q 齿部
[0219]111绝缘体
[0220]112供电用端子
[0221]113转子轴
[0222]114a、114b 轴承
[0223]115转子芯
[0224]115a外周缘
[0225]116磁铁
[0226]116η N 极磁铁
[0227]116sS 极磁铁
[0228]121解析器
[0229]122解析器转子
[0230]123解析器定子
[0231]124解析器支架
[0232]125安装螺钉
[0233]131狭槽
[0234]131a内表面
[0235]132桥接部
[0236]133倒角部
[0237]134狭缝
[0238]134a外径侧端部
[0239]135磁极部
[0240]136磁路部
[0241]136p磁路部
[0242]R对向部
[0243]Wl桥接部的周向长度
[0244]W2同极性的磁极部的狭缝间的间隔
[0245]tl桥接部的径向的宽度
[0246]t2狭缝的外径侧端部与转子芯外周缘15a之间的宽度
[0247]Θ齿部中心角
[0248]201转子制造装置
[0249]202励磁磁铁
[0250]203磁性芯
[0251]204励磁部件
[0252]205转子收容部
【权利要求】
1.一种磁铁辅助型磁阻马达用转子，是被使用于磁铁辅助型磁阻马达的转子，该磁铁辅助型磁阻马达具备:定子，具备多相的绕组；以及转子，旋转自如地被配置在上述定子内，在设于其内部的多个安装孔中埋设有多个永磁铁，以上述多个永磁铁的各磁极所形成的磁通的方向为d轴，将与其磁正交的轴设定为q轴，在上述转子上沿周向交替地设有多个上述d轴和上述q轴，利用由上述d轴方向和q轴方向的磁阻差产生的磁阻转矩和由上述永磁铁产生的磁铁转矩，使上述转子旋转，其特征在于， 上述多个永磁铁由形成作为N极和S极中的某一方的第1磁极的截面圆弧状的永磁铁、和形成与上述第1磁极不同的极性的第2磁极的截面圆弧状的永磁铁构成， 形成上述第1磁极和第2磁极的各永磁铁，以其凸侧部位分别朝向上述转子的中心侧的状态被埋设在上述转子内， 在以上述第1磁极和上述第2磁极的各上述d轴为基准，针对各该d轴所属的每个区域将上述转子的截面等分地分割时，上述第1磁极侧的上述永磁铁，在与上述第2磁极侧的上述永磁铁不干涉的状态下跨越到上述第2磁极侧的区域地被配置。
2.根据权利要求1所述的磁铁辅助型磁阻马达用转子，其特征在于， 形成上述第1磁极和第2磁极的各永磁铁在上述转子内分别被埋设多个， 形成上述第1磁极的上述永磁铁，以位于上述转子的外侧的第1中心点为相同的中心，层状地被配置， 形成上述第2磁极的上述永磁铁，以位于上述转子的外侧的第2中心点为相同的中心，层状地被配置， 上述第1中心点和上述第2中心点被配置在与上述转子的旋转中心的距离各自不同的位置。
3.根据权利要求2所述的磁铁辅助型磁阻马达用转子，其特征在于， 在上述磁极数为4时，上述第1中心点和上述转子的旋转中心的距离(Rs)、与上述第2中心点和上述转子的旋转中心的距离(Rn)之比是0.92 (Rs/Rn = 0.92)。
4.根据权利要求1所述的磁铁辅助型磁阻马达用转子，其特征在于， 形成上述第1磁极和第2磁极的各永磁铁在上述转子内分别被埋设多个， 形成上述第1磁极的多个上述永磁铁和形成上述第2磁极的多个上述永磁铁分别具有相同的半径，以上述转子的外侧的不同位置为各自的中心地被配置， 形成上述第1磁极的上述永久磁石的半径的中心和形成上述第2磁极的上述永久磁石的半径的中心，被配置在与上述转子的旋转中心的距离各自不同的位置。
5.根据权利要求1所述的磁铁辅助型磁阻马达用转子，其特征在于， 形成上述第1磁极和第2磁极的各永磁铁在上述转子内分别被埋设多个， 形成上述第1磁极的上述永磁铁，以位于上述转子的外侧的第1中心点为相同的中心，层状地被配置， 形成上述第2磁极的上述永磁铁，以位于上述转子的外侧的第2中心点为相同的中心，层状地被配置， 上述第1中心点和上述第2中心点分别被配置在与上述转子的旋转中心的距离相同的位置，形成上述第1磁极的上述永磁铁和形成上述第2磁极的上述永磁铁具有不同的半径。
6.一种磁铁辅助型磁阻马达用转子，是被使用于磁铁辅助型磁阻马达的转子，该磁铁辅助型磁阻马达具备:定子，具备多相的绕组；以及转子，旋转自如地被配置在上述定子内，在设于其内部的多个安装孔中埋设有多个永磁铁，以上述多个永磁铁的各磁极所形成的磁通的方向为d轴，将与其磁正交的轴设定为q轴，在上述转子上沿周向交替地设有多个上述d轴和上述q轴，利用由上述d轴方向和q轴方向的磁阻差产生的磁阻转矩和由上述永磁铁产生的磁铁转矩，使上述转子旋转，其特征在于， 上述多个永磁铁由形成作为N极和S极中的某一方的第1磁极的截面成为梯形的三边形状的永磁铁、和形成与上述第1磁极不同的极性的第2磁极的截面成为梯形的三边形状的永磁铁构成， 形成上述第1磁极和第2磁极的各永磁铁，以其凸侧部位分别朝向上述转子的中心侧的状态被埋设在上述转子内， 在以上述第1磁极和上述第2磁极的各上述d轴为基准，针对各该d轴所属的每个区域将上述转子的截面等分地分割时，上述第1磁极侧的上述永磁铁，在与上述第2磁极侧的上述永磁铁不干涉的状态下跨越到上述第2磁极侧的区域地被配置。
7.根据权利要求2?6中任一项所述的磁铁辅助型磁阻马达用转子，其特征在于， 在上述磁极数为4时，形成上述第1磁极的上述永磁铁当中的最内层的永磁铁和上述转子的中心的距离(Ls)、与形成上述第2磁极的上述永磁铁当中的最内层的永磁铁和上述转子的中心的距离(Ln)之比是7:9 (Ls:Ln = 7:9)。
8.根据权利要求1?7中任一项所述的磁铁辅助型磁阻马达用转子，其特征在于， 上述转子的外周由在被分割为上述第1磁极的区域和上述第2磁极的区域的各区域以不同的点为中心的半径的圆弧形成，该半径的中心点被配置在从上述转子的中心向径向外侧偏心规定的距离的位置。
9.根据权利要求8所述的磁铁辅助型磁阻马达用转子，其特征在于， 上述各区域的外周的半径比上述转子的最外周位置与上述转子的中心之间的距离小。
10.根据权利要求1?9中任一项所述的磁铁辅助型磁阻马达用转子，其特征在于， 形成上述第1磁极和第2磁极的永磁铁分别是3个。
11.一种无刷马达，该无刷马达具备:定子，具备多相的绕组；以及转子，旋转自如地被配置在上述定子内，在设于其内部的多个安装孔中埋设有多个永磁铁，以上述多个永磁铁的各磁极所形成的磁通的方向为d轴，将与其磁正交的轴设定为q轴，在上述转子上沿周向交替地设有多个上述d轴和上述q轴，利用由上述d轴方向和q轴方向的磁阻差产生的磁阻转矩和由上述永磁铁产生的磁铁转矩，使上述转子旋转，其特征在于， 上述多个永磁铁由形成作为N极和S极中的某一方的第1磁极的截面圆弧状的永磁铁、和形成与上述第1磁极不同的极性的第2磁极的截面圆弧状的永磁铁构成， 形成上述第1磁极和第2磁极的各永磁铁，以其凸侧部位分别朝向上述转子的中心侧的状态被埋设在上述转子内， 在以上述第1磁极和上述第2磁极的各上述d轴为基准，针对各该d轴所属的每个区域将上述转子的截面等分地分割时，上述第1磁极侧的上述永磁铁，在与上述第2磁极侧的上述永磁铁不干涉的状态下跨越到上述第2磁极侧的区域地被配置。
12.一种无刷马达，该无刷马达具备:定子，具备多相的绕组；以及转子，旋转自如地被配置在上述定子内，在设于其内部的多个安装孔中埋设有多个永磁铁，以上述多个永磁铁的各磁极所形成的磁通的方向为d轴，将与其磁正交的轴设定为q轴，在上述转子上沿周向交替地设有多个上述d轴和上述q轴，利用由上述d轴方向和q轴方向的磁阻差产生的磁阻转矩和由上述永磁铁产生的磁铁转矩，使上述转子旋转，其特征在于， 上述多个永磁铁由形成作为N极和S极中的某一方的第1磁极的截面成为梯形的三边形状的永磁铁、和形成与上述第1磁极不同的极性的第2磁极的截面成为梯形的三边形状的永磁铁构成， 形成上述第1磁极和第2磁极的各永磁铁，以其凸侧部位分别朝向上述转子的中心侧的状态被埋设在上述转子内， 在以上述第1磁极和上述第2磁极的各上述d轴为基准，针对各该d轴所属的每个区域将上述转子的截面等分地分割时，上述第1磁极侧的上述永磁铁，在与上述第2磁极侧的上述永磁铁不干涉的状态下跨越到上述第2磁极侧的区域地被配置。
13.根据权利要求11所述的无刷马达，其特征在于， 上述定子具有:多个齿部，朝向径向内侧地突出；线圈，经由被形成在该齿部间的狭槽，被卷装在上述齿部；以及桥接部，设于上述齿部的径向内侧的顶端部，连接相邻的上述顶端部彼此， 在以上述桥接部的周向长度为W1，以相同的极性的上述磁极部的上述狭缝间的间隔为W2时，上述W2被设定为不小于上述W1 (ffl ( W2)。
14.根据权利要求12所述的无刷马达，其特征在于， 上述定子具有:多个齿部，朝向径向内侧地突出；线圈，经由被形成在该齿部间的狭槽，被卷装在上述齿部；以及桥接部，设于上述齿部的径向内侧的顶端部，连接相邻的上述顶端部彼此， 在以上述桥接部的周向长度为W1，以相同的极性的上述磁极部的上述狭缝间的间隔为W2时，上述W2被设定为不小于上述W1 (ffl ( W2)。
15.根据权利要求11?14中任一项所述的无刷马达，其特征在于， 上述磁铁安装孔在径向上形成为层地被配设在上述第1磁极和第2磁极内， 被配设在上述第1磁极的最外层的上述磁铁安装孔在其端部具有控制流过该磁极内的上述磁铁安装孔间的磁通量的磁通控制部。
16.根据权利要求15所述的无刷马达，其特征在于， 最外层的上述磁铁安装孔在其长度方向端部具有将该磁铁安装孔的周缘形成为直线状而成的锥部， 上述磁通控制部被形成在上述锥部与同上述最外层的磁铁安装孔的内侧相邻地被配置的其他的上述磁铁安装孔之间。
17.根据权利要求15或16所述的无刷马达，其特征在于， 上述锥部的基点被配设在被收容在最外层的上述磁铁安装孔的上述磁铁的极弧角α与最外层的上述磁铁安装孔的开口角β之间。
18.根据权利要求15?17中任一项所述的无刷马达，其特征在于， 上述锥部的、沿着该锥部的线Α与被收容在最外层的上述磁铁安装孔的上述磁铁的端部位置的线B所成的锥角0t大于0°且小于90° (0° < 0t<9O° )。
19.根据权利要求18所述的无刷马达，其特征在于， 上述锥角0t是68°?72°。
20.根据权利要求15?19中任一项所述的无刷马达，其特征在于， 无论是上述第1磁极还是上述第2磁极，上述磁铁安装孔都沿着径向在相同的层形成为相同的半径。
21.根据权利要求11?20中任一项所述的无刷马达，其特征在于， 上述无刷马达作为电动助力转向装置的驱动源而被使用。
【文档编号】H02K1/27GK104508948SQ201380040244
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年8月10日 优先权日:2012年8月16日
【发明者】大久保雅通, 光冈圭介, 渡边杰 申请人:株式会社美姿把