CN102687373B - 永磁体型旋转电机及使用该永磁体型旋转电机的电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

一种永磁体型电动机，其能降低因永磁体的粘贴位置误差或磁体特性偏差等在转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩，并且其转矩波动较小，且小型轻量。本发明的永磁体型旋转电机包括：转子，该转子具有转子铁心和多个磁极，这些磁极设于所述转子铁心且由永磁体构成；定子，该定子具有多个极齿和定子铁心，其中，所述多个极齿与所述多个磁极相对，所述定子铁心形成有用于收纳卷绕于这些极齿的电枢绕组的槽，该定子在极齿的与转子相对的部分处沿定子铁心的轴向设有辅助槽，定子的辅助槽设于定子铁心的轴向上的一部分，且在将磁极的数量(磁极数)设为P、将槽的数量(槽数)设为S时，满足如下关系：0.75＜S/P＜1.5。

Description

永磁体型旋转电机及使用该永磁体型旋转电机的电动动力转向装置

技术领域

本发明涉及一种在转子上具有永磁体的永磁体型旋转电机及使用该永磁体型旋转电机的电动动力转向装置。

背景技术

近年来，在各种用途中要求齿槽转矩小的电动机。例如，有工业用伺服电动机或升降机用卷扬机等。着眼于车用的话，为了提高燃油效率、提高操纵性，而普及电动动力转向装置。在电动动力转向装置所使用的电动机中，由于其齿槽转矩会经由齿轮传递至驾驶员，因此，为了得到顺畅的操纵感受，而对降低电动机的齿槽转矩有着很强的要求。对此，作为降低齿槽转矩的方法，有在定子的铁心上设置辅助槽的方法。例如存在专利文献1、2、3。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2001－25182号公报

专利文献2：日本专利特表2006－230116号公报

专利文献3：WO2009/84151

发明内容

发明所要解决的技术问题

在专利文献1的永磁体型旋转电机中，由于辅助槽设置在电动机的整个轴向上，因此存在等价的气隙长度变长、转矩降低这样的问题。此外，在专利文献1、2、3中，虽然均能起到降低极数和槽数的最小公倍数的波动数及其整数倍的齿槽转矩，但存在无法充分抑制因永磁体的粘贴位置误差或形状误差、磁特性的偏差等在转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩分量(在转子旋转一周时波动与槽数相一致的次数的分量)这样的问题。

本发明为解决上述这样的问题而作，其目的在于提供一种能同时实现齿槽转矩降低和小型高转矩的永磁体型旋转电机。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的旋转电机包括：转子，该转子具有转子铁心和多个磁极，这些磁极设于上述转子铁心且由永磁体构成；定子，该定子具有多个极齿和定子铁心，其中，上述多个极齿与上述多个磁极相对，上述定子铁心形成有用于收纳卷绕于这些极齿的电枢绕组的槽，该定子在上述极齿的与上述转子相对的部分处沿上述定子铁心的轴向设有辅助槽，上述定子的上述辅助槽设于上述定子铁心的轴向上的一部分，且在将上述磁极的数量(磁极数)设为P、将槽的数量(槽数)设为S时，满足如下关系：

0.75＜S/P＜1.5。

发明效果

根据本发明，可起到如下显著的效果：能得到可降低因永磁体的粘贴位置误差或磁体特性偏差等在转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩、且转矩波动小、小型轻量的永磁体旋转电机。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的永磁体型旋转电机的剖视图。

图2是表示图1的A－A截面的剖视图。

图3是表示图1的B－B截面的剖视图。

图4是表示实施方式1的定子铁心的局部立体图。

图5是表示实施方式1的定子铁心的另一例的局部立体图。

图6是表示实施方式1的转子的剖视图。

图7是表示实施方式1的齿槽转矩波形的说明图。

图8是表示实施方式1的齿槽转矩波形的说明图。

图9是表示实施方式1的齿槽转矩的次数分量(日文：次数成分)的说明图。

图10是表示实施方式1的齿槽转矩的柱状图的说明图。

图11是表示实施方式1的辅助槽与槽开口部的尺寸的说明图。

图12是表示实施方式1的辅助槽的宽度与齿槽转矩之间的关系的说明图。

图13是表示实施方式1的设有辅助槽的部分的比例与齿槽转矩S次分量之间的关系的说明图。

图14是表示实施方式1的永磁体的位置偏移的一例的说明图。

图15是表示实施方式1的永磁体的位置偏移的另一例的说明图。

图16是表示本发明实施方式2的永磁体型旋转电机的剖视图。

图17是表示实施方式2的永磁体型旋转电机的另一例的剖视图。

图18是表示实施方式2的永磁体型旋转电机的另一例的剖视图。

图19是表示本发明实施方式3的永磁体型旋转电机的定子铁心的局部立体图。

图20是表示本发明实施方式4的永磁体型旋转电机的定子铁心的局部立体图。

图21是表示实施方式4的定子铁心的一个极齿的局部立体图。

图22是表示实施方式4的齿槽转矩的说明图。

图23是表示本发明实施方式5的永磁体型旋转电机的剖视图。

图24是表示本发明实施方式6的电动动力转向装置的说明图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的永磁体型旋转电机的优选实施方式进行说明。

实施方式1

图1表示本实施方式1的永磁体型旋转电机的与转轴平行的平面上的剖视图。永磁体1安装在转子铁心2的表面上。在转子铁心2中压入有转轴10，从而成为可通过轴承11a、11b使转子自由旋转这样的结构。在转子上还设有用于检测旋转角度的旋转角度传感器14。旋转角度传感器14例如由解析器(日文：レゾルバ)或霍尔传感器和磁体或编码器构成。

定子铁心3与永磁体1相对地设置，定子铁心例如可以通过将电磁钢板层叠来构成，或是由压粉铁心构成。在定子铁心3上卷绕有电枢绕组4。定子通过压入或热压配合等而被固定在框13上，而框13被固定在外壳12上。

在定子铁心3的与永磁体1相对的部分上设有用于降低齿槽转矩的辅助槽5。此外，该辅助槽5设置在转轴方向的一部分上。在图1中，辅助槽5设置于定子铁心在转轴方向上的中心附近，在轴向端部没有设置辅助槽5。

示出图2和图3，以便更详细地说明上述结构。图2是在图1的与转轴10垂直的A-A截面处的剖视图。这是设有辅助槽5的部分的剖视图。永磁体1粘贴在转子铁心2的表面上，在本例中，极数为10。此外，永磁体1的截面形状为半圆柱体形，通过降低磁通中的高次谐波分量并使感应电压呈正弦波状，从而降低转矩波动。在转子铁心上设有突起部8，以起到将永磁体1固定成不会在周向上滑动的效果。

另一方面，定子设有用于将电枢绕组4卷绕在定子铁心3上的槽6。在图2的例子中，电枢绕组4被集中地卷绕在朝定子铁心3的径向延伸的极齿7上，槽数为12，电枢绕组4卷绕在所有12个极齿7上。此外，本永磁体型旋转电机的相数为3，若将它们设定为U相、V相、W相，则绕组的配置便如图2所示那样配置成U1＋、U1－、V1－、V1＋、W1＋、W1－、U2－、U2＋、V2＋、V2－、W2－、W2＋。在此，＋和－表示卷绕方向，＋和－所表示的卷绕方向是彼此相反的方向。此外，U1＋与U1－是串联连接的，U2－与U2＋也是串联连接的。上述这两个串联电路既可以是并联连接的，也可以是串联连接的。V相、W相也是一样的。而且，三相既可以是Y形连接，也可以是三角形连接。

与极数：槽数＝2：3或4：3的组合的永磁体型旋转电机相比，上述10极12槽的永磁体型旋转电机为绕组系数大的、小型高扭矩的旋转电机，此外，极数与槽数的最小公倍数大，因而使齿槽转矩中转子每旋转一周就波动与最小公倍数相同次数的分量有变小的趋势。然而，存在如下问题：因永磁体1的粘贴位置误差或形状误差、磁特性的偏差等在转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩的12次分量不容忽视。详细情况将在后面说明，本发明就是为解决上述技术问题而作的。

在图2中，定子的极齿7呈其前端部分即与转子相对的部分朝周向延伸的形状，槽6的开口部比收纳电枢绕组4的部分更小。而且，在极齿7的与转子相对的面上，对应于一个极齿7设有一个辅助槽5。此外，辅助槽5在周向上的位置与极齿7的周向中心一致。

图3是在图1的与转轴10垂直的B-B截面处的剖视图。这是没有设置辅助槽5的部分的剖视图。结构与图2的结构相比，在没有辅助槽5这点上有所不同，但除此之外是相同的结构。

为了便于理解辅助槽5的结构，图4是以局部立体图的方式示出的图。其中，为方便起见，仅示出了定子铁心3，而省略了其它构成部件。而且，为了容易看到与转子相对的部分，仅示出了12个极齿中的一半即6个。辅助槽5设置在转轴方向的中央部附近，并没有设置在端部。详细而言，在从转轴方向上的端部(图4上部)起的长度L1的部分上没有设置辅助槽5。在其下方的长度L2的部分上设置有辅助槽5。此外，在其下方的长度L3的部分上没有设置辅助槽5。

通过形成上述结构，就能抑制因永磁体1的粘贴位置误差或形状误差、磁特性的偏差等在转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩分量，在此对其原理进行说明。

图2的转子中的10个永磁体1示出了其粘贴位置是等间隔的、且10个永磁体在截面形状上也是相同的例子。但是，在实际设备中，会产生制造上的偏差。例如，即便高精度地进行粘贴，永磁体1的粘贴位置也不是等间隔的，在周向上会有数μm～100μm左右的偏差。另外，截面形状也不是理想中的左右对称的形状，可以想象左右中的一方的厚度增加而另一方的厚度变小的情况。图6是示出了其一例的图。在图6中，示出了永磁体1的粘贴位置从理想中的等间隔的位置朝箭头所示方向偏移的情况。此外，截面形状也并非左右对称，示出了半圆柱体形的顶点部分朝箭头方向移动而不是左右对称的情况。倘若是没有制造偏差的理想状态，则在齿槽转矩中主要产生转子每旋转一周就波动与极数和槽数的最小公倍数相同次数的分量。但是，若因制造偏差而使转子处于图6这样的状态，则会使齿槽转矩增大，出现转子每旋转一周就波动与槽数相同次数的分量。

在本实施方式的例子中，由于槽数为12，因此出现转子旋转一周就12次、即以360度/12＝30度的机械角为周期的齿槽转矩。图7是表示30度(机械角)范围内的顿转扭矩的波形的图。在没有设置辅助槽5时为由虚线表示的齿槽转矩波形，可知明显出现了以30度为周期的齿槽转矩。另一方面，可知在整个轴向上设置一个辅助槽5时的齿槽转矩波形也明显出现了以30度为周期的齿槽转矩。不过，其相位与没有设置辅助槽5时的相位相反。藉此，可以理解一旦将两者叠加就能降低齿槽转矩。因此，倘如定子铁心3构成为在转轴方向的一部分上对应于一个极齿设有一个辅助槽5的结构，则在没有辅助槽5的部分处产生的齿槽转矩与在具有辅助槽5的部分处产生的齿槽转矩的相加就是永磁体型旋转电机的齿槽转矩，因此，会在以30度为周期的齿槽转矩上显现出抵消的效果，从而预计能大幅降低以30度为周期的齿槽转矩。

因此，图7中实线的波形(本发明)表示在转轴方向的一部分上设有辅助槽5的图4这样的结构时的齿槽转矩波形。由此可知，可大幅降低以30度为周期的齿槽转矩，其结果是，可使齿槽转矩的p-p值大幅变小。

图8是将转子旋转一周范围(机械角为360度范围)内的齿槽转矩波形与现有例的齿槽转矩波形进行比较的图。将现有例的齿槽转矩的最大值设为100％来进行标准化。可知，在转子的制造上出现偏差时，在现有例中会明显出现转子旋转一周就波动12次的分量，但若形成为本发明的结构，则能大幅降低上述分量。上述p—p值仅为现有例的1/10。

图9中示出了图8的齿槽转矩的频率分量。转子每旋转一周，就将次数设定为1次。能确认12次分量即波动数与槽数相同的分量大幅变小。因此，可知通过形成本实施方式的结构，能大幅降低因转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩。

上面是转子一侧的偏差形式如图6所示的情况，为了实际证明本发明的效果，对于总计10000台旋转电机的齿槽转矩制作了柱状图，以作为在10个永磁体1中分别产生随机偏差的情况。图10是其结果。图10(a)是现有例的柱状图，图10(b)是图4的结构(本发明)的柱状图。是在转子一侧的偏差条件相同的情况下进行的比较。在图10(a)中，齿槽转矩分布很宽，因此，存在因偏差形式的不同而导致齿槽转矩变大这样的技术问题。但是，若形成为本发明的结构，则可知无论转子一侧的永磁体1的偏差如何，齿槽转矩均较小。

即，能得到对转子一侧的制造偏差的鲁棒性高的永磁体型旋转电机。在现有的辅助槽的结构中，关注的是转子每旋转一周的波动数与极数和槽数的最小公倍数一致的分量的降低效果，对于因转子一侧的偏差而产生的分量(波动数与槽数一致的分量)无法得到足够的降低效果。

图5表示与图4不同的结构。其中，为方便起见，仅示出了定子铁心3，而省略了其它构成部件。而且，为了容易看到与转子相对的部分，仅示出了12个极齿7中的一半即6个。辅助槽5设置在转轴方向的上部，但没有设置在下部。详细而言，在从转轴方向上的端部(图5上部)起的长度L4的部分上设有辅助槽5。在其下方的长度L5的部分上没有设置辅助槽5。即便是这样的结构，也与图4的结构一样，能得到使因转子的偏差而产生的以30度为周期的齿槽转矩中的在长度为L4的部分处产生的齿槽转矩和在长度为L5部分处产生的齿槽转矩相互抵消的效果。其结果是，能得到对转子一侧的制造偏差的鲁棒性高的永磁体型旋转电机。

接着，对辅助槽5的形状进行说明。图11是对辅助槽5的宽度Wd、辅助槽5的深度Hd、槽开口宽度Ws、极齿前端部的高度Hs进行说明的图。在本发明的结构中，由于在设置辅助槽5的部分和没有设置辅助槽5的部分处，使齿槽转矩的波动数与槽数相一致的分量的相位反转而得到抵消效果，因此辅助槽5形状的选择对抵消效果的大小有影响。图12是以辅助槽5的宽度Wd与槽开口宽度Ws之比为横轴、以转子产生偏差时的齿槽转矩的O.A.值为纵轴的图表。与Wd/Ws＝0即没有设置辅助槽5的情况相比，若使Wd/Ws≥1.0，则齿槽转矩就变为没有辅助槽5时的1/2以下。此外，若使Wd/Ws≥1.25，则齿槽转矩就变成0.001Nm这样非常小的值。若将因转子的偏差而产生的齿槽转矩抑制到这种程度，则能得到如下效果：例如在将旋转电机组装到后述的电动动力转向装置中时，驾驶员便感觉不到齿槽转矩，从而能得到良好的操纵感受。

若使Wd/Ws≥1.0，则会使因定子铁心的槽而引起的磁导的波动分量发生变化，并能使齿槽转矩的波动数与槽数一致的分量的相位反转，因此，能与在没有辅助槽5的部分处的齿槽转矩相互抵消。在设置一个辅助槽5的情况下，只要使Wd/Ws≥1.0即可，在设置两个以上的情况下，只要将设于该极齿的所有辅助槽5的宽度的总和定义为Wd并使Wd/Ws≥1.0，就能得到同样的效果。

此外，较为理想的是，辅助槽5的深度Hd比极齿前端部的厚度Hs大。这也能使因定子铁心的槽而引起的磁导的波动分量发生变化，从而使波动数与槽数相一致的齿槽转矩的分量的相位反转。能充分发挥出与没有上述辅助槽5的部分处的齿槽转矩的抵消效果。

接着，对设置辅助槽5的范围进行研究。将定子铁心3的槽数设为S(S：整数，在本实施方式中S＝12)，并将转子旋转一周时波动数与槽数相一致的齿槽转矩的分量称为齿槽转矩S次分量。图13是模拟出上述齿槽转矩S次分量如何根据在转轴方向上设置辅助槽5的范围进行变化的结果。纵轴是齿槽转矩S次分量，并以将没有设置辅助槽5的情况设为100％来进行标准化的方式表示。横轴表示设有辅助槽5的部分在转轴方向上的长度的合计Ld与定子铁心在转轴方向上的长度Lc的比例。即Ld/Lc，在图4中，Ld/Lc＝L2/(L1＋L2＋L3)，在图5中，Ld/Lc＝L4/(L4＋L5)。

可知在Ld/Lc＝0.5处为最小值，在0.4≤Ld/Ls≤0.6处能将齿槽转矩S次分量降低至没有辅助槽5的结构时(Ld/Lc＝0时)或在转轴方向上全部设有辅助槽5时(Ld/Lc＝1时)的大约1/5。

根据以上内容可知，若在将定子铁心的轴向长度设为Lc、将设有辅助槽5的部分的轴向长度设为Ld时，具有Lc与Ld满足0.4≤Ld/Ls≤0.6的关系式、更为理想的是Ld/Ls＝0.5这样的特征，则能充分地发挥出具有辅助槽5的部分处的齿槽转矩与没有辅助槽5的部分处的齿槽转矩的抵消效果，从而能得到使因转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩分量大幅降低的效果。

图4的例子是将辅助槽5设置在定子铁心3的转轴方向中心附近的结构，下面对由这种结构得到的特别效果进行说明。在图4的结构中，在定子铁心3的轴向端部没有设置辅助槽5，但在轴向端部设有辅助槽5的情况下，在轴向端部处会使与转子的间隙较大的部分增加。这就表示异物进入的间隙较大，一旦异物进入，则转子有可能处于被锁定的状态。一旦处于锁定状态，转子便会被固定，特别是在电动动力转向装置中，一旦处于这种状态，驾驶员便无法操纵，因而不甚理想。因此，通过采用将辅助槽5设置在转轴方向的中心附近的结构，与图5等将辅助槽设置在轴向端部的情况相比，能使防止异物进入的效果增大。

此外，除了上述防止异物进入的效果之外，还具有如下所述这样的在磁回路上有利的效果。永磁体1的粘贴位置会发生误差，可想到该误差即偏差形态在转子的转轴方向上相同的情况和不相同的情况。图14示出了永磁体1的位置偏移的状态与辅助槽5的位置关系。图14(a)、图14(b)、图14(c)表示一个永磁体1和设于其两侧的突起部8。在这种情况下，转子的磁极是一个磁极由一个瓦型磁体构成的。纸面的上下是转轴方向，左右是周向。图14(d)是从转子一侧观察定子铁心3的极齿前端部的图，存在设有辅助槽5的部分和没有设置辅助槽5的部分，其与图4的结构相对应。在图14(a)的情况下，永磁体1呈理想配置，因此，没有出现齿槽转矩S次分量。但是，若如图14(b)这样发生位置偏移，则会产生齿槽转矩S次分量。不过，由于图14(d)所示的长度L1的区域和长度L3的区域(没有辅助槽5的区域)处的齿槽转矩S次分量和长度L2(＝L2/2＋L2/2)的区域(具有辅助槽5的区域)处的齿槽转矩S次分量相互抵消，因此在合计的齿槽转矩中几乎没有出现齿槽转矩S次分量。

图15示出了对应于图5的永磁体1的位置偏移的状态与辅助槽5的位置关系。在图15(a)中，同样也没有产生齿槽转矩S次分量，在图15(b)中，由于长度L4的区域(具有辅助槽5的区域)处的齿槽转矩S次分量与长度L5的区域(没有辅助槽5的区域)处的齿槽转矩S次分量相互抵消，因此在合计的齿槽转矩上几乎没有出现S次分量。这是位置偏移形态在轴向上相同的情况。

但是，在如图14(c)、图15(c)这样转轴方向上产生不相同的位置偏移的情况下，则有些许不同。在图14(d)的长度L1的区域和长度L3的区域(没有辅助槽5的区域)处，由于用箭头表示的位置偏移方向彼此相反，因此平均时与没有产生位置偏移的情况大致相同。另一方面，在长度L2(＝L2/2＋L2/2)的区域(具有辅助槽5的区域)处，由于在上半部分的L2/2的区域和下半部分的L2/2的区域处的用箭头表示的位置偏移方向彼此相反，因此平均时与没有产生位置偏移的情况大致相同。因此，可充分得到齿槽转矩S次分量的抵消效果，使得在合计的齿槽转矩上几乎没有出现S次分量。

另一方面，图15(d)的长度L4的区域处的位置偏移的方向与长度L5的区域处的位置偏移的方向相反，因而齿槽转矩S次分量的抵消效果与图14的情况相比减小。因此，与图14的情况相比，在合计的齿槽转矩上的S次分量也会变大。

如上所述，设为图4的结构具有如下效果：即便在永磁体1的位置偏移在轴向上不同的情况下，也能充分发挥出齿槽转矩S次分量的降低效果。另外，在此仅对永磁体1的位置偏移进行了说明，但即便是形状偏差在轴向上不均匀的情况、或是磁特性在轴向上不均匀的情况，也能得到相同的效果，这点是自不待言的。

作为现有的齿槽转矩降低措施，有将两个以上的瓦型永磁体在轴向上并排且使瓦型永磁体阶梯状歪斜来形成一个磁极的所谓渐斜(日文：段スキユ一；step—wise skew)结构。渐斜结构在因歪斜而使转矩降低且使部件数增加这点上较一个磁极由一个瓦型永磁体构成的情况不利。不过，在现有的永磁体型旋转电机的结构中，能抵消槽的磁导波动的影响的渐斜结构在齿槽转矩上是有利的。

然而，根据本发明的结构，在如已说明那样的一个磁极由一个瓦型永磁体构成的转子的结构中，具有如下效果：即便是永磁体的位置偏移在轴向上不同的情况、形状偏差在轴向上不均匀的情况和磁特性在轴向上不均匀的情况下，也能充分发挥出降低齿槽转矩S次分量的效果。此外，还具有能消除因歪斜而使转矩降低且使部件数增加这样的问题的效果。

在专利文献1、2、3中记载了各极齿7具有两个或两个以上辅助槽5的例子，但在本实施方式中，辅助槽5在各极齿上为一个。因定子的槽而引起的磁导的波动的S次分量与因转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩S次分量有着很大的关系，在设置一个辅助槽5时，具有容易使定子的磁导的波动的S次分量的振幅及相位发生变化这样的效果。此外，辅助槽5越少，平均的间隙长度也越小，因此，通过设置一个辅助槽5，并将其仅设置于轴向上的一部分，还具有能将负载时的转矩降低抑制到最小限度这样的效果。

在本实施方式中，辅助槽5形成为在铁心上挖去四边形部分的形状，但不局限于此。例如，即便是在铁心上挖去圆弧状部分的形状、或是挖去三角形部分的形状等，也能得到同样的效果，这点是自不待言的。

如上所述，本发明的永磁体型旋转电机包括：转子，该转子具有转子铁心和多个磁极，这些磁极设于该转子铁心且由永磁体构成；定子，该定子具有多个极齿和定子铁心，其中，这些极齿与上述多个磁极相对，上述定子铁心形成有槽，该槽用于收纳卷绕在这些极齿上的电枢绕组，该定子在上述极齿的与上述转子相对的部分处沿上述定子铁心的轴向设有辅助槽，上述定子的上述辅助槽设于上述定子铁心的轴向上的一部分，且在将上述磁极的数量(磁极数)设为P、并将槽的数量(槽数)设为S时，通过满足如下关系：

0.75＜S/P＜1.5

可起到使因永磁体的粘贴位置误差或形状误差、磁特性的偏差等在转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩大幅降低这样的显著效果。

以上示出了在10极12槽的永磁体型旋转电机中，在各极齿上设置一个辅助槽5的例子。若将其一般化，则如下所述。在包括具有槽数为S的定子铁心的定子以及设置在定子铁心的极齿的与转子相对的部分上的辅助槽5的永磁体型旋转电机中，在轴向上存在以下两个部分，其中，一个部分中辅助槽5在每一个极齿上沿周向设置m处，另一个部分中辅助槽5在每一个极齿上沿周向设置n处，从而使设置m处的部分的齿槽转矩S次分量与设置n处的部分的齿槽转矩S次分量的相位彼此相反。其中，m、n是彼此不同的整数，m≥0、n≥0。此外，齿槽转矩S次分量是转子旋转一周时波动S次的分量。

通过上述结构，可得到能大幅降低因永磁体的粘贴位置误差或形状误差、磁特性的偏差等在转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩这样的效果。

实施方式2

在实施方式1中，对极数为10、槽数为12的永磁体型旋转电机的例子进行了说明，但本发明不局限于此。

在将永磁体型旋转电机的极数设为P、槽数设为S时，只要满足如下关系：

0.75＜S/P＜1.5

可知与专利文献1、2、3中说明的S/P＝0.75、S/P＝1.5的情况相比，能得到绕组系数高、有效利用永磁体的磁通、小型且高转矩的永磁体型旋转电机。而且，还可知由于极数与槽数的最小公倍数大，因此，与S/P＝0.75、S/P＝1.5的情况相比，能使在转子旋转一周时波动与极数和槽数的最小公倍数相一致的次数的齿槽转矩分量较小。

不过，存在如下技术问题：因永磁体的粘贴位置误差及形状误差、磁特性的偏差等在转子一侧的偏差而产生的齿槽转矩S次分量较大，对转子一侧的偏差的鲁棒性较低。因此，在像装设于电动动力转向装置的情况这样的大量生产的永磁体型旋转电机中，需要解决这一技术问题。

在满足0.75＜S/P＜1.5的永磁体型旋转电机中，图16示出了P＝14、S＝12的例子，图17示出了P＝8、S＝9的例子，图18示出了P＝10、S＝9。它们分别在各极齿上设置一个辅助槽5。

图16、图17、图18是剖视图，它们是设有辅助槽5的部分的剖视图，与实施方式1一样，根据轴向上的位置的不同，也存在没有设置辅助槽5的部分，但没有设置辅助槽5的部分的图未图示。

若形成上述结构，则由于绕组系数高，因此可同时实现变得小型且高转矩的效果和使对转子一侧的偏差的鲁棒性变高的效果。

此外，由于上述极数和槽数的整数倍的组合也可得到相同效果，因此，若包括极数10、槽数12在内而使其一般化，只要是将N设为自然数，且

极数P＝12N±2N、槽数S＝12N

极数P＝9N±N、槽数S＝9N，

就能得到相同的效果。

实施方式3

图19示出了在定子铁心3的轴向端部设有辅助槽5、在轴向中央部分没有设置辅助槽5时的局部立体图。为了以便于理解辅助槽5的配置的方式表示，仅示出了定子铁心3的12个极齿7中的一半即6个，剩下的省略。此外，省略了定子铁心以外的结构部。

辅助槽5的配置具体来说是在从转轴方向上的端部(图19的上部)起的长度L6的部分上设置辅助槽5，而在其下方的长度L7的部分上存在没有设置辅助槽5的范围。此外，在其下方的长度L8的部分上设置辅助槽5。在上述结构中，也能得到与实施方式1的图4相同的效果。

即，与现有例相比，能大幅抑制在转子一侧出现偏差时产生的齿槽转矩S次分量。此外，即便是永磁体1的位置偏移在轴向上不相同的情况下，也具有能充分发挥出降低齿槽转矩S次分量这样的效果。

另外，在此仅对永磁体1的位置偏移进行了说明，但即便是形状偏差在轴向上不均匀的情况、或是磁特性在轴向上不均匀的情况，也能得到相同的效果，这点是自不待言的。

实施方式4

图20示出了本实施方式4的定子铁心3的局部立体图。设有辅助槽5的部分与没有设置辅助槽5的部分交替配置。设有轴向长度为La的辅助槽5，在辅助槽5下部的轴向长度Lb的部分处没有设置辅助槽5，此外，在该部分下部设有轴向长度为La的辅助槽5，然后在其下部的轴向长度Lb的部分处没有设置辅助槽5。即在轴向上为具有辅助槽5和不具有辅助槽5的合计4层的结构。

在形成为上述结构时，也如实施方式1中所说明的那样，即便是永磁体1的位置偏移方向在轴向上不均匀的情况或形状偏差在轴向上不均匀的情况、或磁特性在轴向上不均匀的情况下，也可得到能充分发挥出在设有辅助槽5的层处的齿槽转矩S次分量与在没有辅助槽5的层处的齿槽转矩S次分量的抵消效果这样的效果。

图20示出了4层结构，但不局限于此，一般在M层(M为2以上的整数)的情况下，均能得到相同的效果。例如，也可以如图21(a)所示为8层的情况，图21(b)是定子铁心3的轴向长度不同的例子，即便形成为35层，也能得到同样的效果。

图21(c)是在定子铁心3的轴向上的中央部处交替配置有具有辅助槽5的部分和没有辅助槽5的部分并在轴向端部是没有设置辅助槽5的结构，但其也能得到相同的效果。

图22示出了以一层的厚度为横轴、以在转子一侧出现偏差时的齿槽转矩为纵轴绘制而成的图。从图中可知，在一层的厚度超过2mm时，能得到降低齿槽转矩这样显著的效果。因此，在将定子铁心3的轴向长度设为Lc、将具有辅助槽5的层与没有辅助槽5的层的数量的合计设为M时。

只要设为Lc/M≥2mm，就具有能大幅降低在转子一侧出现偏差时的齿槽转矩这样的效果。而且，按照与实施方式1中详细说明的原理相同的原理，即便是永磁体1的粘贴位置偏移等偏差在轴向上不相同的情况下，也具有降低齿槽转矩S次分量的效果，这点是自不待言的。

实施方式5

在截至目前的实施方式中，均是永磁体1设置在转子铁心3的表面的表面磁体型的例子，但本发明能不受此限制地适用。

图23是永磁体1被埋入设于转子铁心内部的窗部9中的磁体埋入型结构。若形成为这种结构，则即便在设于转子铁心2的窗部9中永磁体1的位置发生偏移，也不会使齿槽转矩大幅增加。即，对转子一侧的偏差的鲁棒性高，并能减小齿槽转矩S次分量。

而且，在将转子铁心2的窗部9的形状设计成在永磁体1的左右方向上较大，以便在插入永磁体1时能在永磁体1的左右形成空隙部9a的情况下，由于能使设于相邻的永磁体1之间的转子铁心2的磁路部分即磁极间的铁心部3a变细，因此能减小漏磁通，从而能得到小型高转矩的旋转电机。

但是，由于在永磁体1的左右形成空隙部9a，因此，永磁体1会发生位置偏移，因而存在齿槽转矩S次分量增大这样的技术问题。不过，若形成为设有本发明的定子铁心的结构，则可起到对转子一侧的偏差的鲁棒性高、能减小齿槽转矩S次分量这样的效果。

实施方式6

图24是使用表示本发明实施方式6的本发明的永磁体型旋转电机的车用电动动力转向装置的示意图。

在图24中，在电动动力转向装置中设有用于从方向盘22传递操纵力的柱轴23。柱轴23与蜗轮24(在图中省略了其详细情况，仅示出了齿轮箱)连接，从而一边将旋转方向改变90度，一边传递被控制器21驱动的电动机20的输出(转矩、转速)，同时减速，来使辅助转矩增加。符号25是操纵接头，其在传递操纵力的同时，也改变旋转方向。符号26是转向齿轮(在图中省略了其详细情况，仅示出了齿轮箱)，将柱轴23的旋转减速，同时转换为齿条27的直线运动，从而得到所要的移位。通过上述齿条27的直线运动来使车轮滚动，从而能实现车辆的方向转换等。

在这种电动动力转向装置中，由电动机20产生的转矩的波动经由蜗轮24和柱轴23传递至方向盘22。因此，在电动机20产生较大的转矩波动的情况下，无法得到顺畅的操纵感受。

不过，通过将本发明的永磁体型旋转电机组装成为本实施方式的电动动力转向装置的电动机20，就能降低转矩波动。因此，能提高电动动力转向装置中的操纵感受。此外，由于电动动力转向装置用的电动机是大量生产的，因此存在必须提高齿槽转矩对制造偏差的鲁棒性这样的技术问题。对此，通过装设实施方式1～5中记载的永磁体型旋转电机，由于能大幅降低因转子的偏差而产生的齿槽转矩分量，因此可起到提高鲁棒性这样的效果。

(符号说明)

1 永磁体

2 转子铁心

3 定子铁心

3a 磁极间的铁心部

4 电枢绕组

5 辅助槽

6 槽

7 极齿

8 突起部

9 窗部

9a 空隙部

10 转轴

11a 轴承

11b 轴承

12 外壳

13 框

14 旋转角度传感器

20 电动机

21 控制器

22 方向盘

23 柱轴

24 蜗轮

25 操纵接头

26 转向齿轮

27 齿条

Claims (14)

1.一种永磁体型旋转电机，包括：

转子，该转子具有转子铁心和多个磁极，这些磁极设于所述转子铁心且由永磁体构成；以及

定子，该定子具有多个极齿和定子铁心，其中，所述多个极齿与所述多个磁极相对，所述定子铁心形成有用于收纳卷绕于这些极齿的电枢绕组的槽，该定子在所述极齿的与所述转子相对的部分处沿所述定子铁心的轴向设有辅助槽，

其特征在于，

所述定子的所述辅助槽没有设于所述定子铁心的轴向端部，

且在将所述磁极的数量设为P、将槽的数量设为S时，满足0.75＜S/P＜1.5这一关系，

此外，在将所述定子铁心的轴向长度设为Lc、将设有所述辅助槽的部分的所述定子铁心的轴向长度设为Ld时，Lc和Ld满足0.4≤Ld/Lc≤0.6的关系式。

2.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，所述辅助槽设置在所述定子铁心的轴向中央部分。

3.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，所述辅助槽设置在所述定子铁心的轴向中央部分，在所述定子铁心的轴向端部没有设置所述辅助槽，此外，所述磁极是一个磁极由一个瓦型永磁体构成的。

4.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，所述辅助槽的宽度比所述槽的开口宽度大。

5.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，所述辅助槽的深度比所述极齿的前端部的厚度大。

6.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，在所述极齿的与转子相对的部分处，所述辅助槽在所述定子铁心的周向中央部设有一处。

7.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，所述辅助槽配置在所述定子铁心的轴向上的多个位置，并且所述辅助槽的周向位置在所述各极齿上是一致的。

8.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，将N设为自然数，所述磁极的数量P为12N±2N，槽的数量S为12N。

9.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，将N设为自然数，所述磁极的数量P为9N±N，槽的数量S为9N。

10.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，具有所述辅助槽的部分与没有所述辅助槽的部分在所述定子铁心的轴向上交替设有两层以上。

11.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，将所述定子铁心的轴向长度设为Lc，使Lc/M≥2mm。

12.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，所述永磁体是埋设在设于所述转子铁心内部的窗部中的磁体埋入型结构。

13.一种永磁体型旋转电机，包括：

转子，该转子具有转子铁心和多个磁极，这些磁极设于所述转子铁心且由永磁体构成；

定子，该定子具有多个极齿和定子铁心，其中，所述多个极齿与所述多个磁极相对，所述定子铁心形成有用于收纳卷绕于这些极齿的电枢绕组的槽，该定子在所述极齿的与所述转子相对的部分处沿所述定子铁心的轴向设有辅助槽，

其特征在于，

m、n是彼此不同的整数，m≥0、n≥0，

在将所述定子铁心的槽的数量设为S时，

所述辅助槽存在如下两个部分：

所述辅助槽在所述定子铁心的周向上设有m处的部分，

所述辅助槽在所述定子铁心的周向上设有n处的部分，

设有m处的部分的齿槽转矩S次分量与设有n处的部分的齿槽转矩S次分量的相位彼此相反。

14.一种电动动力转向装置，其特征在于，具有权利要求1～13所述的永磁体型旋转电机和齿轮。