CN103858327A - 永磁体型电动机 - Google Patents

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Abstract

提供一种永磁体型电动机，不仅能同时实现齿槽转矩降低和转矩脉动降低，而且能同时实现小型轻量化及转矩脉动降低。对于两组三相电枢绕组，在将第一电枢绕组（30-1）设定为U1相、V1相、W1相，将第二电枢绕组（30-2）设定为U2相、V2相、W2相时，对于两组三相电枢绕组，在将第一电枢绕组设定为U1相、V1相、W1相，将第二电枢绕组设定为U2相、V2相、W2相时，呈在多个切槽（27）中的、任意彼此相邻的切槽的两者中收纳有U1相的配置，或是，呈在任意彼此相邻的切槽（27）的一方收纳有U1相和U2相中的至少一方的配置，U1相、V1相、W1相与U2相、V2相、W2相彼此错开20°～40°的电角度地被驱动，另外，定子铁心（22）的切槽开口宽度Ws满足：Ws/（2πRs/Ns）≤0.15，其中，Rs：定子铁心的内半径，Ns：定子铁心的切槽数。

Description

永磁体型电动机
技术领域
本发明涉及一种永磁体型电动机，特别地涉及在车用电动动力转向装置中使用的电动机。
背景技术
以往，例如专利文献1所示，提出了一种包括第一三相定子绕组和第二三相定子绕组的永磁体型电动机的结构。
此外，在专利文献2中，公开了一种旋转电机，其特征是，具有第一三相绕组和第二三相绕组，第一三相绕组与上述第二三相绕组相互具有π/6的相位差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平7－264822号公报
专利文献2：日本专利特开2010－268597号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在专利文献1及专利文献2的结构中，由于切槽开口宽度较大，因此，存在非常容易受到转子侧的工作误差或永磁体的形状及磁特性偏差的影响，从而导致齿槽转矩增大。
因而，这种电动机存在不适合齿槽转矩降低的要求非常高的用途，例如不适合车辆的电动动力转向装置的用途这一技术问题。
本发明为解决上述这样的问题而作，其目的在于提供一种永磁体型电动机，其不仅能同时实现齿槽转矩降低和转矩脉动降低，而且还能同时实现小型轻量化和转矩脉动降低。
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：
转子，该转子具有转子铁心和设于上述转子铁心的多个永磁体；以及
定子，该定子具有定子铁心和两组三相电枢绕组，其中，上述定子铁心具有多个极齿，上述两组三相电枢绕组收纳在形成于上述定子铁心的多个切槽内，
上述永磁体型电动机构成为一方的电枢绕组被从第一逆变器供给电流，另一方的电枢绕组被从第二逆变器供给电流，
对于上述两组三相电枢绕组，
在将第一电枢绕组设定为U1相、V1相、W1相，
将第二电枢绕组设定为U2相、V2相、W2相时，
呈在多个上述切槽中的、任意彼此相邻的切槽的两者中收纳有上述第一电枢绕组的U1相的配置，或是
呈在任意彼此相邻的切槽的一方收纳有上述第一电枢绕组的U1相和上述第二电枢绕组的U2相中的至少一方的配置，
上述电枢绕组的U1相、V1相、W1相与U2相、V2相、W2相彼此错开20°～40°的电角度地被驱动，
另外，上述定子铁心的切槽开口宽度Ws满足：
Ws/（2πRs/Ns）≤0.15，
其中，Rs：上述定子铁心的内半径，Ns：上述定子铁心的切槽数。
发明效果
根据本发明，可获得一种不仅能同时实现齿槽转矩降低和转矩脉动降低，而且能同时实现小型轻量化和转矩脉动降低的永磁体型电动机，特别是，即便定子的切槽开口宽度较小，也能使因定子铁心的磁饱和而产生的六阶转矩脉动减小，从而能实现小型、高效率、低振动、低噪声的永磁体型电动机。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的永磁体型电动机的剖视图。
图2是表示本发明实施方式2的永磁体型电动机的剖视图。
图3是表示本发明实施方式3的永磁体型电动机的剖视图。
图4是表示实施方式1的永磁体型电动机的驱动电路的电路结构图。
图5是表示现有的永磁体型电动机的转矩脉动与齿槽转矩间的关系的说明图。
图6是表示本发明的永磁体型电动机的转矩脉动与齿槽转矩间的关系的说明图。
图7是表示本发明及现有的永磁体型电动机的齿槽转矩波形的说明图。
图8是表示本发明及现有的永磁体型电动机的转矩脉动波形的说明图。
图9是表示本发明实施方式4的永磁体型电动机的剖视图。
图10是表示实施方式4的永磁体型电动机的另一例的剖视图。
图11是表示本发明实施方式5的永磁体型电动机的剖视图。
图12是表示实施方式1的永磁体型电动机中的切槽开口部及其周边部的主要部分剖视图。
图13是表示实施方式1的永磁体型电动机的电枢绕组的接线示例的说明图。
图14是表示实施方式2的永磁体型电动机的电枢绕组的接线示例的说明图。
图15是表示实施方式4的永磁体型电动机的电枢绕组的接线示例的说明图。
图16是表示实施方式5的永磁体型电动机的另一例的剖视图。
图17是表示本发明实施方式6的电动动力转向装置的示意结构图。
具体实施方式
以下，使用附图，对本发明的电动动力转向用永磁体型电动机的优选实施方式进行说明。
实施方式1
图1是实施方式1的永磁体型电动机10的剖视图，其示出了十极十二槽的例子。
转子11在定子21的内侧设置成能自由旋转，其具有轴14、设于轴14外侧的转子铁心12及在转子铁心12的外周侧等间隔地设置十个的永磁体13。
定子21具有：圆环状的铁心基座（日文：コアバック）23；共计十二个极齿24，这些极齿24从铁心基座23朝内径方向延伸；定子铁心22，该定子铁心22在相邻的两个极齿24之间设置有切槽27；以及电枢绕组30，该电枢绕组30集中地卷绕在各极齿24上。
另外，在图1中，为简洁起见，省略了设置在电枢绕组30与定子铁心22之间的绝缘体及设于定子铁心22外周的框架。
此外，为了便于说明，对极齿24分配符号1～12。另外，对于集中地卷绕在各极齿24上的电枢绕组（以下也称为“线圈”）30，为了便于说明，标注标号进行表示，以便能明白是U、V、W三个相中的哪一相的线圈。
在U、V、W各相中，
U相由U11、U12、U21、U22这四个线圈构成，
V相由V11、V12、V21、V22这四个线圈构成，
W相由W11、W12、W21、W22这四个线圈构成，
如图1所示，各线圈与极齿24-1～24-12分别对应，为按照U11、U12、V11、V12、W11、W12、U21、U22、V21、V22、W21、W22的顺序排列的结构。
此外，关于绕组的卷绕方向，
U11与U12彼此相反；
U21与U22彼此相反；
V11与V12彼此相反；
V21与V22彼此相反；
W11与W12彼此相反；
W21与W22彼此相反。
在上述线圈中，如图13所示，
U11与U21串联连接，来构成U1相的线圈，
V11与V21串联连接，来构成V1相的线圈，
W11与W21串联连接，来构成W1相的线圈，
上述三个线圈以N1为中性点星形接线，来构成第一电枢绕组30-1。
此外，
U12与U22串联连接，来构成U2相的线圈，
V12与V22串联连接，来构成V2相的线圈，
W12与W22串联连接，来构成W2相的线圈，
上述三个线圈以N2为中性点星形接线，来构成第二电枢绕组30-2。
接着，对驱动电路进行说明。
图4是包括实施方式1的电动机10和ECU101在内的电路结构图。
电动机10是图1中所说明的极数为十、槽数为十二的永磁体型电动机10。
在图4中，为简洁起见，省略了细节，仅示出了电动机10的电枢绕组30。
电动机10的电枢绕组30由第一电枢绕组30-1和第二电枢绕组30-2构成，其中，上述第一电枢绕组30-1由第一U相绕组U1、第一V相绕组V1、第一W相绕组W1构成，上述第二电枢绕组30-2由第二U相绕组U2、第二V相绕组V2、第二W相绕组W2构成。
ECU101为简洁起见也省略了细节，仅示出了逆变器的功率电路部。
ECU101由两台逆变器102构成，其将三相的电流从各逆变器102-1、102-2供给到第一电枢绕组30-1及第二电枢绕组30-2。
从蓄电池等电源103将直流电源供给到ECU101，ECU101经由去除噪声用的线圈104而与电源继电器105连接。
在图4中描绘的貌似电源103位于ECU101的内部，但实际上，从蓄电池等外部电源经由连接器供给电力。
电源继电器105具有两个电源继电器105-1、105-2，分别由两个MOS－FET构成，在发生故障时等情况下，打开电源继电器105，以避免过大的电流流过。
另外，在图4中，电源103、线圈104、电源继电器105依次连接，但电源继电器105也能设置在比线圈104更靠近电源103的位置处，这点是自不待言的。
电容器106-1、电容器106-2是平滑电容器。在图4中，电容器106-1、106-2分别由一个电容器构成，但也可以构成为将多个电容器并联连接而成，这点是自不待言的。
逆变器102-1和逆变器102-2分别由使用了六个MOS-FET的电桥构成，在逆变器102-1中，将MOS-FET107-1与MOS-FET107-2串联连接，将MOS-FET107-3与MOS-FET107-4串联连接，将MOS-FET107-5与MOS-FET107-6串联连接，然后，将这三组MOS-FET并联连接。
另外，在下侧的三个MOS-FET107-2、107-4、107-6的GND（接地）侧分别连接有一个分流电阻，以作为分流器109-1、分流器109-2、分流器109-3。上述分流电阻用于检测电流值。
另外，虽然示出了分流器为三个的例子，但也可以是两个分流器，由于即便是一个分流器，也能检测电流，因此，也可以是这样的结构，这点是自不待言的。
电流向电动机10一侧的供给如图4所示，分别从MOS-FET107-1、107-2之间经由母线等供给到电动机10的U1相，从MOS-FET107-3、107-4之间经由母线等供给到电动机10的V1相，从MOS-FET107-5、107-6之间经由母线等供给到电动机10的W1相。
逆变器102-2也为相同的结构，在逆变器102-2中，将MOS-FET108-1与MOS-FET108-2串联连接，将MOS-FET108-3与MOS-FET108-4串联连接，将MOS-FET108-5与MOS-FET108-6串联连接，然后，将这三组MOS-FET并联连接。
另外，在下侧的三个MOS-FET108-2、108-4、108-6的GND（接地）侧分别连接有一个分流电阻，以作为分流器110-1、分流器110-2、分流器110-3。
上述分流电阻用于检测电流值。另外，虽然示出了分流器为三个的例子，但也可以是两个分流器，由于即便是一个分流器，也能检测电流，因此，也可以是这样的结构，这点是自不待言的。
电流向电动机10一侧的供给如图4所示，分别从MOS-FET108-1、108-2之间经由母线等供给到电动机10的U2相，从MOS-FET108-3、108-4之间经由母线等供给到电动机10的V2相，从MOS-FET108-5、108-6之间经由母线等供给到电动机10的W2相。
根据由电动机10所具有的旋转角度传感器111检测出的旋转角度来将信号从控制电路（未图示）发送至MOS-FET，从而将两台逆变器102-1、102-2开闭，以将所希望的三相电流供给到第一电枢绕组30-1、第二电枢绕组30-2。
另外，旋转角度传感器111使用解析器、GMR传感器、MR传感器等。
图12是表示定子铁心22的切槽开口部28、切槽开口部及其周边部的主要部分剖视图。为简洁起见，极齿24仅示出三个，永磁体13的磁极仅示出三个极。
定子铁心22具有极齿24和极齿前端部26，其中，上述极齿24从圆环状的铁心基座23朝内径侧延伸，上述极齿前端部26具有在周向上扩展的形状。在相邻的极齿24之间设置有切槽开口部28，相邻的极齿24以接合面38接合。
在定子铁心22的外周侧，通过压入或烧嵌的方式固定有框架35。
在定子铁心22的切槽27中设置有绝缘体37，该绝缘体37用于确保定子铁心22与电枢绕组30之间的电绝缘。
电枢绕组30集中地卷绕在各极齿24上。
正如先前所述，线圈U11与线圈U12彼此朝相反方向卷绕，来构成U1相和U2相。只要U1相与U2相的相位差相同、或是仅具有20°～40°这样较小的相位差，就能使很大的电流在上述两个线圈中同时流过。
此时，在相邻的极齿24间的磁路36中会产生漏磁通。虽然上述漏磁通无益于电动机10的转矩，但会提高极齿24的磁通密度，在定子铁心22上产生磁饱和，其结果是，存在六阶（以电角度360度周期的分量为一阶）转矩脉动会增大这样的技术问题。
即，当形成在定子铁心22的彼此相邻的切槽27两者中收纳有U1相和U2相中的至少一方的电阻绕组30这样的配置的情况下，漏磁通会增多，从而具有上述那样的技术问题。
针对上述技术问题，若增大切槽开口部28的切槽开口宽度Ws，虽然能够减少漏磁通，但在切槽开口宽度Ws较大时，存在如下技术问题：会使磁导的波动变大，使转子11一侧的形状误差、永磁体13的形状、磁特性的偏差的影响增大，并使阶数与槽数Ns一致的齿槽转矩增大。
因此，在现有技术中，无法同时实现每旋转一圈的阶数与切槽数Ns一致的齿槽转矩的降低和六阶转矩脉动的降低。
图5是表示现有的永磁体型电动机的切槽开口宽度、齿槽转矩及转矩脉动间的关系的图。
横轴是使用切槽间距将切槽开口宽度Ws标准化后的参数。切槽间距是将以定子内半径Rs为半径的圆的圆周长除以切槽数Ns后得到的值。即，将Ws/（2πRs/Ns）作为参数。
随着切槽开口宽度Ws增大，十二阶（Ns＝12）齿槽转矩急剧增加。
另一方面，切槽开口宽度越小，转矩脉动越大。这就是先前说明的、因以切槽开口部28为磁路36而漏出的磁通的影响而在定子铁心22上产生磁饱和的结果。
另一方面，使用图4所示的两组三相逆变器102-1、102-2对图1的电动机10进行驱动的情况如图6所示。由于齿槽转矩不会受到驱动电路及绕组影响，因此，示出了与图5相同的值。另一方面，转矩脉动在整个范围内降低。
这是由于通过将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度、最好是30°的电角度，就可降低转矩脉动的六阶分量的缘故。上述相位差既可以根据电动机10的驱动状态而变化，也可以例如固定在30°上。
特别是，示出了与现有相比转矩脉动降低效果较大是在切槽开口宽度Ws较小的情况下出现的，即使在定子铁心22上产生磁饱和，也能利用两组三相逆变器102-1、102-2来降低转矩脉动的六阶分量。
在设定为Ws/（2πRs/Ns）≤0.15时，
可知，能够同时实现Ns阶齿槽转矩的降低和六阶转矩脉动的降低。
图7表示齿槽转矩波形。横轴表示旋转角度（机械角），纵轴表示齿槽转矩。以往，每旋转一圈含有很多十二阶（与切槽数Ns一致）的齿槽转矩，在本发明中，十二阶的齿槽转矩较小，被大幅降低了。
图8表示转矩脉动波形。
横轴表示旋转角度（电角度），纵轴表示转矩脉动。可知，电角度的六阶分量被大幅降低了。
在本例中，对在定子铁心22的彼此相邻的切槽27两者中收纳有U1相和U2相中的至少一方的电枢绕组30这样配置的情况进行了说明，但不局限于此，即便在彼此相邻的切槽27两者中收纳有U1相的情况下，也能获得相同的效果。
此外，在图13中，示出了星形接线的示例，但即便是三角形接线，也能获得同样的效果。
因此，在像本实施方式1这样的永磁体型电动机10中，包括：
转子11，该转子11具有转子铁心12和设于该转子铁心的多个永磁体13；以及
定子21，该定子21具有定子铁心22和两组三相电枢绕组30，其中，上述定子铁心22具有多个极齿24，上述两组三相电枢绕组30被收纳在形成于上述定子铁心的多个切槽27内，
上述永磁体型电动机10构成为一方的电枢绕组30-1被从第一逆变器102-1供给电流，另一方的电枢绕组30-2被从第二逆变器102-2供给电流，
对于上述两组三相电枢绕组，
在将第一电枢绕组30-1设定为U1相、V1相、W1相，
将第二电枢绕组30-2设定为U2相、V2相、W2相时，
形成为在多个上述切槽27中的、任意彼此相邻的切槽两者中收纳有上述第一电枢绕组的U1相的配置，
上述电枢绕组的U1相、V1相、W1相与U2相、V2相、W2相彼此错开20°～40°的电角度地被驱动，
另外，若上述定子铁心22的切槽开口宽度Ws为Ws/（2πRs/Ns）≤0.15
的结构，则能减小因定子铁心的磁饱和而产生的六阶转矩脉动，从而能获得小型、高效、低振动、低噪声的电动机，
其中，Rs：上述定子铁心的内半径，Ns：上述定子铁心的切槽数。
此外，可获得能同时实现阶数与切槽数一致的齿槽转矩的降低这样的效果。
若将切槽开口宽度Ws预先形成为比线圈的线径Dc小的结构，则线圈不会从切槽27朝转子11一侧脱出，从而还可获得线圈不会被夹在转子11与定子21的空隙部分这样的效果。
此外，若采用实施方式1的结构，则具有能减小极齿宽度及铁心基座的厚度来实现电动机小型化这样的效果。
若图12的极齿宽度Wt较小，则极齿24部分的磁通密度增高，产生磁饱和，而使六阶（将电角度360度周期设为一阶）转矩脉动大幅增加。特别是，在减小切槽开口宽度Ws，而满足
Ws/（2πRs/Ns）≤0.15
的情况下，上述影响变得明显。
但是，若采用实施方式1的结构的永磁体型电动机10，由于即便在铁心上产生磁饱和，也能降低六阶转矩脉动，因此，能增加切槽27的截面积，并能减小电枢绕组电阻，因而，具有能够获得小型、高输出的电动机这样的效果。
在使用稀土类的永磁体来作为永磁体13的情况下，对于极齿宽度Wt，在其最小的部位处，能形成为
0.50≤Wt/（2πRs/Ns）≤0.65，
能确保切槽截面积较大。其中，Rs为定子铁心22的内半径，Ns为定子铁心22的切槽数。
对于铁心基座厚度Wc亦是如此。若铁心基座厚度Wc较小，则极齿23部分的磁通密度增高，产生磁饱和，而使六阶（将电角度360度周期设为一阶）转矩脉动大幅增加。
特别是，在减小切槽开口宽度，而满足
Ws/（2πRs/Ns）≤0.15
的情况下，上述影响变得明显。
但是，若采用实施方式1的结构的永磁体型电动机10，由于即便在铁心上产生磁饱和，也能降低六阶转矩脉动，因此，能增加切槽27的截面积，并能减小电枢绕组电阻，因而，具有能够获得小型、高输出的电动机这样的效果。
由于铁心基座23不会特别地对电动机10的直径造成影响，因此，也具有有利于电动动力转向装置的省空间化这样的效果。
在使用稀土类的永磁体来作为永磁体13的情况下，对于铁心基座厚度Wc，在其最小的部位处，能形成为
0.18≤Wc/（2πRs/M）≤0.50，
能减小电动机10的外径。
其中，Rs为定子铁心22的内半径，M为极数。
实施方式2
图2是实施方式2的永磁体型电动机10的剖视图。
定子21具有：圆环状的铁心基座23；共计十八个极齿24，这些极齿24从铁心基座23朝内径方向延伸；定子铁心22，该定子铁心22在相邻的两个极齿24之间设置有切槽27；以及电枢绕组30，该电枢绕组30集中地卷绕在各极齿24上。
另外，在图2中，为简洁起见，省略了设置在电枢绕组30与定子铁心22之间的绝缘体及设于定子铁心外周的框架。此外，为了便于说明，对极齿24分配符号1～18。
另外，对于集中地卷绕在各极齿24上的电枢绕组（线圈）30，为了便于说明，标注标号进行表示，以便能明白是U、V、W三个相中的哪一相的线圈。
在U、V、W各相中，
U相由U11、U12、U13、U21、U22、U23这六个线圈构成，
V相由V11、V12、V13、V21、V22、V23这六个线圈构成，
W相由W11、W12、W13、W21、W22、W23这六个线圈构成，
如图1所示，各线圈与极齿24-1～24-18分别对应，为按照U11、V11、V12、W11、U12、U13、V13、W12、W13、U21、V21、V22、W21、U22、U23、V23、W22、W23的顺序排列的结构，即，呈至少在定子铁心22的彼此相邻的切槽27的一方中收纳有U1相和U2相中的至少一方的电枢绕组的配置。
U11、U12及U13串联连接，来构成作为第一U相绕组的U1相。此时，U12的线圈卷绕方向与U11及U13的线圈的卷绕方向为相反方向。
此外，U21、U22及U23串联连接，来构成作为第二U相绕组的U2相。此时，U22的线圈卷绕方向与U21及U23的线圈的卷绕方向为相反方向。
V11、V12及V13串联连接，来构成作为第一V相绕组的V1相。
此时，V12的线圈卷绕方向与V11及V13的线圈的卷绕方向为相反方向。
此外，V21、V22及V23串联连接，来构成作为第二V相绕组的V2相。此时，V22的线圈卷绕方向与V21及V23的线圈的卷绕方向为相反方向。
W11、W12及W13串联连接，来构成作为第一W相绕组的W1相。此时，W12的线圈卷绕方向与W11及W13的线圈的卷绕方向为相反方向。
此外，W21、W22及W23串联连接，来构成作为第二W相绕组的W2相。此时，W22的线圈卷绕方向与W21及W23的线圈的卷绕方向为相反方向。
图14示出了上述十八个线圈是如何连接的。
在线圈中，如图14所示，
U11、U12及U13串联连接，来构成U1相的线圈，
V11、V12及V13串联连接，来构成V1相的线圈，
W11、W12及W13串联连接，来构成W1相的线圈，
上述三个线圈以N1为中性点星形接线，来构成第一电枢绕组30-1。
此外，
U21、U22及U23串联连接，来构成U2相的线圈，
V21、V22及V23串联连接，来构成V2相的线圈，
W21、W22及W23串联连接，来构成W2相的线圈，
上述三个线圈以N2为中性点星形接线，来构成第二电枢绕组30-2。
电动机10是转子11的极数为十四、定子21的切槽数为十八的电动机，转子11在定子21的内侧设置成能自由旋转。转子11具有作为转轴的轴14和在轴14的外侧设置的转子铁心12。
永磁体13呈其径向长度比周向长度长的形状，在周向上等间隔地排列有十四个上述永磁体13。永磁体13的磁化方向朝使图2所示的N和S分别成为N极、S极这样的方向磁化。
即，以使相邻的永磁体13的相对面彼此为相同极的方式进行磁化。通过设置这样的磁化方向，使磁通集中在旋转铁心12上，而具有提高磁通密度这样的效果。
此外，在相邻的永磁体13之间夹设有转子铁心12。上述转子铁心12的、与定子21一侧相对的面具有曲面部31，该曲面的形状形成为在相邻的永磁体13之间的中间位置处使与定子21间的空隙长度变短的凸状的曲面。
由于能利用这种形状来使在空隙处产生的磁通密度的波形光滑，因此，能减小齿槽转矩及转矩脉动。
另外，以与永磁体13的内径侧的端面接触的方式设置非磁性部32。该部分既可以是空气，也可以填充树脂，还可以插入不锈钢或铝这样的非磁性的金属。
通过这样，能降低永磁体13的漏磁通。
在相邻的永磁体13间的转子铁心12和以将轴14的外周包围的方式设置的转子铁心12之间，设置有连接部34。该连接部34具有将两者机械连接的作用。由于上述连接部34的径向长度比周向长度长，因此，能使磁通集中在转子铁心12上，而成为高转矩。
在永磁体13埋入转子铁心12的结构中，与表面磁体型相比，存在转矩脉动变大、振动噪声变大这样的技术问题，但通过如图14所示设置电枢绕组30的接线结构，然后使用图4所示的两组三相逆变器102-1、102-2进行驱动，并将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度，最好设为30°的电角度，藉此，能降低六阶转矩脉动。
另外，通过形成为使上述定子铁心22的切槽开口宽度Ws满足下式的结构，
Ws/（2πRs/Ns）≤0.15
其中，Rs：上述定子铁心的内半径，Ns：上述定子铁心的切槽数
不仅能大幅降低阶数与Ns相一致的齿槽转矩，而且即便因漏磁通而在定子铁心22上产生磁饱和，也能够降低六阶转矩脉动。
另外，在十四极十八槽中，能减小空间阶数为两阶的电磁施振力，从而变为低振动、低噪声。即，能同时实现高转矩化和低振动、低噪声化。除了图2的示例之外，只要是极数M＝18n±4n、切槽数Ns＝18n（n为整数），也能获得相同的效果。
实施方式3
图3是实施方式3的永磁体型电动机10的剖视图。
转子11在定子21的内侧设置成能自由旋转，其具有轴14、设于轴14外侧的转子铁心12及在转子铁心12的外周侧等间隔地设置二十个的永磁体13。
定子21具有：圆环状的铁心基座23；共计二十四个极齿24，这些极齿24从铁心基座23朝内径方向延伸；定子铁心22，该定子铁心22在相邻的两个极齿24之间设置有切槽27；以及电枢绕组30，该电枢绕组30集中地卷绕在各极齿24上。
另外，在图3中，为简洁起见，省略了设置在电枢绕组30与定子铁心22之间的绝缘体及设于定子铁心22外周的框架。
此外，为了便于说明，对极齿24分配符号1～24。另外，对于集中地卷绕在各极齿24上的电枢绕组30（线圈），为了便于说明，标注标号进行表示，以便能明白是U、V、W三个相中的哪一相的线圈。
在U、V、W各相中，
U相由U11、U12、U21、U22、U31、U32、U41、U42这八个线圈构成，
V相由V11、V12、V21、V22、V31、V32、V41、V42这八个线圈构成，
W相由W11、W12、W21、W22、W31、W32、W41、W42这八个线圈构成，
如图3所示，各线圈与极齿24-1～24-24分别对应，为按照U11、U12、V11、V12、W11、W12、U21、U22、V21、V22、W21、W22、U31、U32、V31、V32、W31、W32、U41、U42、V41、V42、W41、W42的顺序排列的结构。
此外，在线圈的卷绕方向上，
U11与U12彼此相反，U21与U22彼此相反，
U31与U32彼此相反，U41与U42彼此相反，以下，V相、W相亦是如此。
将上述线圈星形接线或三角形接线来构成两组三相电枢绕组30。
在构成两组电枢绕组30时，由U11、U21、U31、U41、V11、V21、V31、V41、W11、W21、W31、W41构成第一电枢绕组30-1，由U12、U22、U32、U42、V12、V22、V32、V42、W12、W22、W32、W42构成第二电枢绕组30-2。
在图3的结构中，由于转子11的永磁体13的径向长度比周向长度长，因此，能使磁通集中在转子铁心12上，而成为高转矩。
在永磁体13埋入转子铁心12的结构中，与表面磁体型相比，存在电磁施振力变大、振动噪声变大这样的技术问题，但通过使用图4所示的两组三相逆变器102-1、102-2进行驱动，并将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度，最好设为30°的电角度，藉此，能降低六阶转矩脉动。
另外，通过形成为使定子铁心22的切槽开口宽度Ws满足下式的结构，
Ws/（2πRs/Ns）≤0.15
其中，Rs：上述定子铁心的内半径，Ns：上述定子铁心的切槽数
不仅能大幅降低阶数与Ns相一致的齿槽转矩，而且即便因漏磁通而在定子铁心22上产生磁饱和，也能够降低六阶转矩脉动。
另外，在二十极二十四槽中，在极数为M、切槽数为Ns时，M与Ns的最大公约数P为四，而成为三以上的值。
此时，能减小空间阶数为两阶的电磁施振力，而变为低振动、低噪声。即，能同时实现高转矩化和低振动、低噪声化。只要P为三以上，则能获得相同的效果。
除了图3的示例之外，只要是极数M＝12n±2n、切槽数Ns＝12n（n为二以上的整数），也能获得相同的效果。
实施方式4
图9是实施方式4的永磁体型电动机10的剖视图。
转子11在定子21的内侧设置成能自由旋转，其具有轴14、设于轴14外侧的转子铁心12及在转子铁心12的外周侧等间隔地设置八个的永磁体13。
定子21具有：圆环状的铁心基座23；共计四十八个极齿24，这些极齿24从铁心基座23朝内径方向延伸；定子铁心22，该定子铁心22在相邻的两个极齿24之间设置有切槽27；以及电枢绕组30，该电枢绕组30分布地卷绕在各切槽27中。
这是每极每相的切槽数为二的示例。
另外，在图9中，为简洁起见，省略了设置在电枢绕组30与定子铁心22之间的绝缘体及设于定子铁心22外周的框架。
此外，为了便于说明，对切槽27分配符号1～6。
收纳在切槽27-1～27-6中的线圈依次为U11、U12、W11、W12、V11、V12，然后向右旋转，切槽27-7～27-12中依次为U21、U22、W21、W22、V21、V22。
概括来说，对于切槽27的编号m、m＋1、m＋2、m＋3、m＋4、m＋5，依次为Um1、Um2、Wm1、Wm2、Vm1、Vm2。其中，m表示1～8的整数。
另外，Um1、Vm1、Wm1构成U1相、V1相、W1相的三相的第一电枢绕组30-1，Um2、Vm2、Wm2构成U2相、V2相、W2相的三相的第二电枢绕组30-2。
既可以如图15所示为两组星形接线，也可以为三角形接线。
另外，使用图4所示的两组三相逆变器102-1、102-2来进行驱动，并将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度，最好是30°的电角度。
如图9所示，定子铁心22的切槽27处于铁心完全与相邻的极齿24连接的状态、即形成具有闭合切槽部29的结构。
在这种情况下，经由相邻的极齿24之间的磁路而产生漏磁通，其结果是，定子铁心22的磁通密度增高，产生磁饱和。
因上述磁饱和，而使转矩脉动的六阶分量变大，从而成为不适合电动动力转向装置的电动机10，但根据本实施方式的结构，使用两组三相逆变器102-1、102-2来进行驱动，并将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度、最好为30°的电角度，因此，能大幅降低转矩脉动的六阶分量。
另外，由于是闭合切槽结构，因此，转子11一侧的形状误差或是永磁体13的形状及磁特性的偏差的影响变小，因而具有也能降低阶数与切槽数Ns相一致的齿槽转矩这样的效果。
在此，通过形成为使定子铁心22的切槽开口宽度Ws满足下式的结构，
Ws/（2πRs/Ns）≤0.15
其中，Rs：上述定子铁心的内半径，Ns：上述定子铁心的切槽数
则能获得与闭合切槽实质相同的效果。
图10是本实施方式的永磁体型电动机10的另一例的剖视图。
该电动机10是转子11的极数为十，定子21的切槽数为六十的电动机，定子21具有：圆环状的铁心基座23；共计六十个极齿24，这些极齿24从铁心基座23朝内径方向延伸；定子铁心22，该定子铁心22在相邻的两个极齿24之间设置有切槽27；以及电枢绕组30，该电枢绕组30分布地卷绕在各切槽27中。
另外，在图10中，为简洁起见，省略了设置在电枢绕组30与定子铁心22之间的绝缘体及设于定子铁心22外周的框架。
此外，为了便于说明，对切槽27分配符号1～6。
收纳在切槽27-1～27-6中的线圈依次为U11、U12、W11、W12、V11、V12，然后向右旋转，切槽27-7～27-12中依次为U21、U22、W21、W22、V21、V22。
概括来说，对于切槽27的编号m、m＋1、m＋2、m＋3、m＋4、m＋5，依次为Um1、Um2、Wm1、Wm2、Vm1、Vm2。其中，m表示1～10的整数。
另外，Um1、Vm1、Wm1构成U1相、V1相、W1相这三相的第一电枢绕组30-1，Um2、Vm2、Wm2构成U2相、V2相、W2相这三相的第二电枢绕组30-2。
既可以如图15所示为两组的星形接线，也可以为三角形接线。
另外，使用图4所示的两组三相逆变器102-1、102-2来进行驱动，并将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度，最好是30°的电角度。
转子11在定子21的内侧设置成能自由旋转。转子11具有作为转轴的轴14和在轴14的外侧设置的转子铁心12。
永磁体13呈其径向长度比周向长度长的形状，在周向上等间隔地排列十个上述永磁体13。永磁体13的磁化方向朝使图10所示的N和S分别为N极、S极这样的方向磁化。即，以使相邻的永磁体13的相对面彼此为相同极的方式进行磁化。
通过设置这样的磁化方向，使磁通集中在旋转铁心12上，而具有提高磁通密度这样的效果。
此外，在相邻的永磁体13之间夹设有转子铁心12。上述转子铁心12的、与定子21一侧相对的面具有曲面部31，该曲面的形状形成为在相邻的永磁体之间的中间位置处使与定子21间的空隙长度变短的凸状的曲面。
由于能利用这种形状来使在空隙处产生的磁通密度的波形光滑，因此，能减小齿槽转矩及转矩脉动。
另外，以与永磁体13的内径侧的端面接触的方式设置非磁性部32。该部分既可以是空气，也可以填充树脂，还可以插入不锈钢或铝这样的非磁性的金属。
通过这样，能降低永磁体13的漏磁通。
在相邻的永磁体13间的转子铁心12和以将轴14的外周包围的方式设置的转子铁心12之间，设置有连接部34。该连接部34具有将两者机械连接的作用。
如图10所示，定子铁心22的切槽27处于铁心完全与相邻的极齿24连接的状态、即形成具有闭合切槽部29的结构。
在这种情况下，经由相邻的极齿24之间的磁路而产生漏磁通，其结果是，定子铁心22的磁通密度增高，产生磁饱和。
因上述磁饱和而使转矩脉动的六阶分量变大，从而成为不适合电动动力转向装置的电动机10，但根据本实施方式的结构，如图4所示使用两组三相逆变器102-1、102-2来进行驱动，并将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度、最好为30°的电角度，因此，能大幅降低转矩脉动的六阶分量。
另外，由于是闭合极齿结构，因此，转子11一侧的形状误差或是永磁体13的形状及磁特性的偏差的影响变小，因而具有也能降低阶数与切槽数Ns相一致的齿槽转矩这样的效果。
在此，通过形成为使定子铁心22的切槽开口宽度Ws满足下式的结构，
Ws/（2πRs/Ns）≤0.15，
其中，Rs：上述定子铁心的内半径，Ns：上述定子铁心的切槽数
则能获得与闭合切槽实质相同的效果。
在图10中，由于径向长度比周向长度长，因此，能使磁通集中在转子铁心12上，而成为高转矩。
在永磁体13埋入转子铁心12的结构中，与表面磁体型相比，存在转矩脉动变大、振动噪声变大这样的技术问题，但通过如图15所示设置电枢绕组30的接线结构，然后使用图4所示的两组三相逆变器102-1、102-2进行驱动，并将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度，最好设为30°的电角度，藉此，能降低六阶转矩脉动。
虽然示出的是每极每相的切槽数为二的情况，但由于只要是二以上的偶数，便能形成相同的电枢绕组30的结构，因此，能获得相同的效果。
实施方式5
图11是在转子11的永磁体13的配置上与实施方式4的图10的永磁体型电动机10有所不同的示例。
定子21的结构与图10相同。转子11在定子21的内侧设置成能自由旋转。
转子11具有作为转轴的轴14和在轴14的外侧设置的转子铁心12。
永磁体13呈其径向长度比周向长度长的形状，在周向上等间隔地排列五个上述永磁体13。
永磁体13的磁化方向朝使图11所示的N和S分别为N极、S极这样的方向磁化。即，以使相邻的永磁体13的相对面彼此为不同极的方式进行磁化。
另外，在相邻的永磁体13之间设置有非磁性部32。该部分既可以是空气，也可以填充树脂，还可以插入不锈钢或铝这样的非磁性的金属。
通过设定先前所述的磁化方向，进而设置上述非磁性部32，从而使磁通集中在转子铁心12，而具有提高磁通密度这样的效果。
此外，转子铁心12位于永磁体13的周向两侧。
上述转子铁心12的、与定子21一侧相对的面具有曲面部31，该曲面的形状形成为在相邻的永磁体之间的中间位置处使与定子21间的空隙长度变短的凸状的曲面。
由于能利用这种形状来使在空隙处产生的磁通密度的波形光滑，因此，能减小齿槽转矩及转矩脉动。
另外，以与永磁体13和非磁性部29的内径侧的端面接触的方式设置非磁性部33。该部分既可以是空气，也可以填充树脂，还可以插入不锈钢或铝这样的非磁性的金属。
通过这样，能降低永磁体13的漏磁通。
在相邻的永磁体13间的转子铁心12和以将轴14的外周包围的方式设置的转子铁心12之间，设置有连接部34。该连接部34具有将两者机械连接的作用。
在这种转子11的结构中，由于永磁体13的数量减半，因此，与图10的转子11的结构相比，磁通密度的分布不均匀，其结果是，存在转矩脉动增大这样的技术问题。
除此之外，由于定子铁心22为具有闭合切槽部29的结构，因此，存在因在极齿24之间的漏磁通所引起的铁心的磁饱和，而使转矩脉动增加这样的技术问题。
但是，根据本实施方式，由于使用图4所示的两组三相逆变器102-1、102-2来进行驱动，并将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度、最好是30°的电角度，因此，能大幅降低转矩脉动的六阶分量。
另外，由于是闭合切槽结构，因此，转子11一侧的形状误差或是永磁体13的形状及磁特性的偏差的影响变小，因而具有也能降低阶数与切槽数Ns相一致的齿槽转矩这样的效果。
在此，只要形成为使定子铁心22的切槽开口宽度Ws满足下式的结构，
Ws/（2πRs/Ns）≤0.15
其中，Rs：上述定子铁心的内半径，Ns：上述定子铁心的切槽数
则能获得与闭合切槽实质相同的效果。
在图11中，由于径向长度比周向长度长，因此，能使磁通集中在转子铁心12上，而成为高转矩。
在永磁体13埋入转子铁心12的结构中，与表面磁体型相比，存在转矩脉动变大、振动噪声变大这样的技术问题，但通过如图15所示设置电枢绕组30的接线结构，然后使用图4所示的两组三相逆变器102-1、102-2进行驱动，并将第一电枢绕组30-1与第二电枢绕组30-2的相位差设定为20°～40°的电角度，最好设为30°的电角度，藉此，能降低六阶转矩脉动。
另外，在图11中，虽然永磁体13的量为图10的一半，但转矩并非变为一半，因而能提高磁体利用效率，并使每单位磁体量的转矩及输出增大，因此，具有能实现电动机10的低成本这样的效果。
一般来说，只要是对于定子21的极数M，将转子11的永磁体13在周向上排列M/2个的结构，就能获得上述效果。
特别是，在钕系的永磁体13、特别是使用镝的情况下，具有低成本化的效果非常大这样的效果。
此外，在图11中，示出了将永磁体13埋入转子铁心12的示例，但也可以如图16所示形成为将永磁体13配置在转子铁心12的表面的结构。
此外，在图11和图16中，示出的是每极每相的切槽数为二的情况，但由于只要是二以上的偶数，便能形成相同的电枢绕组30的结构，因此，能获得相同的效果。
实施方式6
图17是汽车的电动动力转向装置的说明图。
驾驶员将方向盘（未图示）转向，其转矩经由转向轴（未图示）而传递至轴201。
此时，转矩传感器202检测到的转矩变换为电信号，并通过线缆（未图示），经由连接器203传递至ECU101（控制单元）。
另一方面，车速等汽车的信息变换为电信号，并经由连接器204传递至ECU101。ECU101根据上述转矩和车速等汽车的信息，运算出需要的辅助转矩，并如图4所示，通过逆变器102-1、102-2对永磁体型电动机10供给电流。电动机10沿与齿条轴的移动方向（通过箭头示出）平行的方向配置。
此外，对ECU101的电源供给是从蓄电池或交流发电机经由电源连接器205输送的。永磁体型电动机10所产生的转矩通过内置有皮带（未图示）和滚珠丝杠（未图示）的齿轮箱206而被减速，并产生使位于外壳207内部的齿条轴（未图示）朝箭头方向移动的推力，以对驾驶员的转向力进行辅助。
藉此，系杆208移动，能使轮胎转向来使车辆回旋。利用永磁体型电动机10的转矩进行辅助，从而驾驶员能以较小的转向力来使车辆回旋。
另外，齿条保护罩209设置成避免异物进入装置内。
在这种电动动力转向装置中，由于电动机10产生的齿槽转矩及转矩脉动经由齿轮传递至驾驶员，因此，为了获得良好的转向感觉，较为理想的是使齿槽转矩及转矩脉动较小。
此外，较为理想的是，使电动机10动作时的振动及噪声较小。
因此，若使用在实施方式1～5中说明的电动机10，则能获得各个实施方式中所说明的效果。
特别是，能减小空间阶数为两阶的电磁施振力，而变为低振动、低噪声。另外，具有能同时实现高转矩化和低振动、低噪声化这样的效果。
如图17所示，电动机10沿与齿条轴的移动方向（通过箭头示出）平行的方向配置。电动动力转向装置是面向大型车辆的系统，但电动机10也需要高输出，存在在高输出的同时由电动机10所引起的振动、噪声也增加这样的技术问题。
但是，若使用在实施方式1～6中说明的电动机10，则能解决这一技术问题，在大型车辆中也能使用电动动力转向装置，从而具有能降低燃油消耗的效果。
另外，本发明在其发明的范围内，能将各实施方式自由组合，或是能将各实施方式适当变形、省略。
(符号说明)
10    电动机10
11    转子
12    转子铁心
13    永磁体
14    轴
21    定子
22    定子铁心
23    铁心基座
24    极齿
26    极齿前端部
27    切槽
28    切槽开口部
29    闭合切槽部
30    电枢绕组
30-1  第一电枢绕组
30-2  第二电枢绕组
31    曲面部
32    非磁性部
33    非磁性部
34    连接部
35    框架
36    磁路
37    绝缘体
38    接合面
101   ECU
102   逆变器
102-1 第一逆变器
102-2 第二逆变器
103   电源
104   线圈
105   电源继电器
105-1 第一电源继电器
105-2 第二电源继电器
106-1 电容器
106-2 电容器
107-1～107-6 MOS－FET
108-1～108-6 MOS－FET
109-1～109-3 分流器
110-1～110-3 分流器
111   旋转角度传感器
201   轴
202   转矩传感器
203   连接器
204   连接器
205   电源连接器
206   齿轮箱
207   外壳
208   系杆
209   齿条保护罩

Claims (13)

1.一种永磁体型电动机，包括：
转子，该转子具有转子铁心和设于所述转子铁心的多个永磁体；以及
定子，该定子具有定子铁心和两组三相电枢绕组，其中，所述定子铁心具有多个极齿，所述两组三相电枢绕组收纳在形成于所述定子铁心的多个切槽内，
所述永磁体型电动机构成为一方的电枢绕组被从第一逆变器供给电流，另一方的电枢绕组被从第二逆变器供给电流，
其特征在于，
对于所述两组三相电枢绕组，
在将第一电枢绕组设定为U1相、V1相、W1相，
将第二电枢绕组设定为U2相、V2相、W2相时，
呈在多个所述切槽中的、任意彼此相邻的切槽的两者中收纳有所述第一电枢绕组的U1相的配置，或是
呈在任意彼此相邻的切槽的一方收纳有所述第一电枢绕组的U1相和所述第二电枢绕组的U2相中的至少一方的配置，
所述电枢绕组的U1相、V1相、W1相与U2相、V2相、W2相彼此错开20°～40°的电角度地被驱动，
另外，所述定子铁心的切槽开口宽度Ws满足：
Ws/（2πRs/Ns）≤0.15，
其中，Rs：所述定子铁心的内半径，Ns：所述定子铁心的切槽数。
2.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
在多个所述极齿中的、任意彼此相邻的极齿的一方卷绕有所述第一电枢绕组的U1相的绕组，在另一方的极齿卷绕有第二电枢绕组的U2相的绕组，
在另一彼此相邻的极齿的一方卷绕有第一电枢绕组的V1相的绕组，在另一方的极齿卷绕有第二电枢绕组的V2相的绕组，
在又一彼此相邻的极齿的一方卷绕有第一电枢绕组的W1相的绕组，在另一方的极齿卷绕有第二电枢绕组的W2相的绕组。
3.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
所述定子铁心的彼此相邻的极齿的前端部彼此相连。
4.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
在所述转子的极数为M、所述定子铁心的切槽数为Ns时，M与Ns的最大公约数P为三以上。
5.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
在所述转子的极数为M、所述定子铁心的切槽数为Ns时，满足M＝18n±4n、Ns＝18n，其中，n为整数。
6.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
在所述转子的极数为M、所述定子铁心的切槽数为Ns时，满足M＝12n±2n、Ns＝12n，其中，n为整数。
7.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
切槽开口宽度Ws比所述电枢绕组的线径小。
8.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
所述永磁体型电动机为径向长度比周向长度长的永磁体埋入所述转子铁心的结构。
9.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
所述永磁体的截面形状为长方形，其形状为径向长度比周向长度长的形状，
所述永磁体的磁化方向是使相邻的永磁体的相对面彼此为相同极的方向，
所述转子铁心夹设在相邻的永磁体之间，所述转子铁心的与定子一侧相对的面具有曲面部，该曲面部的曲面形状形成为在相邻的永磁体之间的中间位置处使所述转子铁心与所述定子间的空隙长度变短的凸状的曲面，
并且，以与所述永磁体的内径侧的端面接触的方式设置有非磁性部。
10.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
对于所述转子的极数M，所述转子的永磁体在周向上排列有M/2个。
11.如权利要求10所述的永磁体型电动机，其特征在于，
所述永磁体型电动机是径向长度比周向长度长的永磁体埋入所述转子铁心的结构，在所述永磁体的内径侧具有非磁性部，在相邻的永磁体之间具有非磁性部。
12.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，
所述定子是所述电枢绕组为分布式卷绕的结构，另外，每极每相的切槽数为二以上的偶数。
13.如权利要求1至12中任一项所述的永磁体型电动机，其特征在于，
所述永磁体型电动机沿与电动动力转向装置的齿条轴的移动方向平行的方向配置。
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