CN105830310A - 电动机、电动动力转向装置以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明的电动机（10）具备电动机转子（20）和电动机定子（30）。转子轭（22）的外周包含向转子轭（22）的径向外侧突出的凸部（22q）和在周向相邻的凸部（22q）之间的凹部（22d）。磁铁（23）被配置在作为凹部（22d）的表面的贴附面（22a）上，在凸部（22q）具备在轴向上贯通转子轭（22）的内部并且与转子轭（22）相比导磁率较低的磁性间隙即磁性间隙部（g1）和磁性间隙部（g2）中的至少一个。

Description

电动机、电动动力转向装置以及车辆

技术领域

本发明涉及电动机、电动动力转向装置以及车辆。

背景技术

例如，专利文献1中记载了一种永久磁铁内嵌式电动机，即所谓的IPM(InteriorPermanentMagnet)电动机，其构造是在转子内部嵌入永久磁铁，并且利用磁力矩和比该磁力矩小的磁阻转矩相加后的转矩。

专利文献1：日本特开平8-331783号公报

发明内容

近年来，降低了磁铁使用量的电动机或者降低了磁铁中的稀土类磁铁成分的电动机的需求日渐增加。在降低了磁铁使用量的电动机或者降低了磁铁中的稀土类磁铁成分的电动机中，磁铁产生的磁力矩也会降低。因此，在转子的表面贴合磁铁的SPM(SurfacePermanentMagnet，表面永磁式)电动机中，为了补偿伴随着磁铁使用量、稀土类成分含有量的降低而减少的磁力矩，希望能够利用磁阻转矩。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种具备设置于转子轭的外周并且沿转子轭的周向排列的多个磁铁，能够提高d轴电感与q轴电感之比即凸极比，利用磁阻转矩的电动机、以及电动动力转向装置和车辆。

为了解决上述课题，实现目的，电动机包括：电动机转子，其包含转子轭和设置于上述转子轭的外周且沿上述转子轭的周向排列的多个磁铁；以及电动机定子，其包含在上述转子轭的径向外侧环状地配置的定子铁芯和使上述定子铁芯励磁的励磁线圈，上述转子轭的外周包含：向上述转子轭的径向外侧突出的凸部；以及在周向相邻的上述凸部之间的凹部，上述磁铁被配置在上述凹部表面。

根据上述结构，能够提高d轴电感与q轴电感之比即凸极比，利用磁阻转矩。此外，能够抑制转矩脉动，提高电动机控制性。

优选在上述凸部，存在至少一个在与上述电动机转子的旋转中心的轴平行的轴向上贯通上述转子轭的内部并且导磁率低于上述转子轭的磁性间隙部。由此，能够提高d轴电感与q轴电感之比即凸极比。

优选上述磁铁的径向外侧的外径的曲率中心与上述电动机转子的旋转中心错开。根据该构造，通过控制磁铁的径向外侧的外径磁通的流动，有助于降低转矩脉动。

作为本发明的优选形态，优选上述磁性间隙部靠上述凸部的径向外侧的端部的形状沿轴向观察是弯曲的。根据该构造，凸部的作为q轴的磁通的流动被控制成靠凸部的径向外侧端部回绕。

作为本发明的优选形态，上述凸部的磁性间隙部与周向相邻的上述凸部的磁性间隙部，以与径向外侧的端部相比径向内侧的端部更接近的方式延伸，并且该径向内侧的端部之间具有成为磁路的间隔。根据该构造，磁通的流动被控制成自磁铁到凸部的q轴的径向外侧回绕。

作为本发明的优选形态，优选上述凹部在配置上述磁铁的上述凹部表面与上述凸部的最外周之间，具备沿轴向观察呈直线状的倾斜部。根据该构造，由于在磁铁两端部的周向上具有空隙，所以能够控制磁铁的磁通向凸部的q轴的回绕，能够降低转矩变动。

作为本发明的优选形态，优选上述磁性间隙部在沿上述轴向观察的边缘的至少一部分包含圆弧，上述圆弧以比配置上述磁铁的上述凹部表面靠上述定子铁芯的虚拟中心描绘而成。

作为本发明的优选形态，优选上述磁性间隙部包含有非磁性材料。根据该构造，能够提高转子轭的刚性。作为本发明的形态，磁性间隙部也可以是空隙，但是在转子轭内打穿多个空隙，这可能会降低转子轭的刚性。因此，磁性间隙部通过在内部填充磁回路上与空气等效的非磁性材料，能够提高转子轭的刚性。

作为本发明的优选形态，优选上述电动机用于为获得辅助转向转矩的电动动力转向用途。此外，本发明的优选形态是通过上述电动机获得辅助转向转矩的电动动力转向装置。此外，本发明的优选形态是具备上述电动机的车辆。

通过上述结构，即便是降低了磁铁使用量的电动机或者降低了磁铁稀土类磁铁成分的电动机，也能够获得充分的转矩，能够抑制成本。此外，能够缓减在定子铁芯产生的磁畴改变朝向时的磁滞损耗。磁滞损耗被认为是电动机空转的情况下增加损耗转矩的原因。即，即便电动机突然停止，也能够抑制电动机的转子在空转的情况下损耗转矩的增加(电磁制动)。因为能够抑制损耗转矩，所以电动动力转向装置能够在即便辅助转向转矩传递到操作者也抑制了不适感的状态下进行动作。

根据本发明，能够提供一种具备在转子轭的外周设置并且沿转子轭的周向排列的多个磁铁，能够提高d轴电感与q轴电感之比即凸极比，利用磁阻转矩的电动机以及电动动力转向装置。

附图说明

图1是具备本实施方式涉及的电动机的电动动力转向装置的结构图。

图2是说明本实施方式的电动动力转向装置所具备的减速装置的一个示例的主视图。

图3是以包含中心轴的虚拟平面剖开而示意性地表示本实施方式的电动机的结构的截面图。

图4是以与中心轴正交的虚拟平面剖开而示意性地表示本实施方式的电动机的结构的截面图。

图5是示意性地表示本实施方式的电动机转子的结构的说明图。

图6是本实施方式涉及的电动机作为直接驱动电动机应用的情况的说明图。

图7是说明本实施方式涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。

图8是说明比较例涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。

图9是说明本实施方式涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。

图10是说明比较例涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。

图11是说明本实施方式涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。

图12是说明比较例涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。

图13是说明本实施方式涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。

图14是说明比较例涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。

图15是搭载有具备本实施方式涉及的电动机的电动动力转向装置的车辆的示意图。

符号说明

10、10A电动机

11壳体

11a筒状壳体

11d内周面

14旋转变压器

20电动机转子

21轴

22转子轭

22a贴附面

22b倾斜部

22d凹部

22f桥部

22q凸部

23磁铁

23a内侧面

23b、23c端面

23p外侧面

30电动机定子

31定子铁芯

32齿部前端

33背轭

34齿部

37励磁线圈

37a绝缘体

52负荷体

60电动机旋转轴

61中空部

62旋转轴

63转子凸缘

64轴承

70基部部件

71壳体基部

72壳体内件

73壳体凸缘

80电动动力转向装置

g1、g2磁性间隙部

Zr旋转中心

具体实施方式

参照附图，对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。本发明并不局限于以下的实施方式所记载的内容。此外，在以下记载的结构要素中，包含本领域技术人员容易想到的结构要素、实质上相同的结构要素。而且，以下记载的结构要素能够适当地组合。

电动动力转向装置

图1是具备本实施方式涉及的电动机的电动动力转向装置的结构图。本实施方式利用图1来说明具备电动机10的电动动力转向装置80的概要。

电动动力转向装置80按照转向盘操作者施加的力传递的顺序，具备转向盘81、转向轴82、转向助力机构83、万向接头84，下轴85、万向接头86、小齿轮轴87、转向齿轮88以及转向横拉杆89。此外，电动动力转向装置80具备ECU(ElectronicControlUnit，电子控制单元)90、转矩传感器91a和车速传感器91b。

转向轴82包含输入轴82a和输出轴82b。输入轴82a的一个端部与转向盘81连结，另一个端部经由转矩传感器91a与转向助力机构83连结。输出轴82b的一个端部与转向助力机构83连结，另一个端部与万向接头84连结。在本实施方式中，输入轴82a以及输出轴82b由铁等磁性材料形成。

下轴85的一个端部与万向接头84连结，另一个端部与万向接头86连结。小齿轮轴87的一个端部与万向接头86连结，另一个端部与转向齿轮88连结。

转向齿轮88包含小齿轮88a和齿条88b。小齿轮88a与小齿轮轴87连结。齿条88b与小齿轮88a啮合。转向齿轮88以齿轮齿条副形式构成。转向齿轮88将被传递到小齿轮88a的旋转运动通过齿条88b变换成直线运动。转向横拉杆89与齿条88b连结。

转向助力机构83包含减速装置92和电动机10。减速装置92与输出轴82b连结。电动机10是与减速装置92连结并且产生辅助转向转矩的电动机。另外，电动动力转向装置80由转向轴82、转矩传感器91a以及减速装置92构成转向柱。电动机10对转向柱的输出轴82b提供辅助转向转矩。即，本实施方式的电动动力转向装置80是管柱助力方式。

在管柱助力方式的电动动力转向装置80中，操作者与电动机10的距离比较近，存在电动机10的转矩变化或者摩擦力对转向盘操作者造成影响的可能性。因此，在电动动力转向装置80中，需要降低电动机10的摩擦力。

图2是说明本实施方式的电动动力转向装置所具备的减速装置的一个示例的主视图。在图2中将一部分以截面表示。减速装置92是蜗杆减速装置。减速装置92具备减速装置壳体93、蜗杆94、滚珠轴承95a、滚珠轴承95b、蜗轮96以及支架97。

蜗杆94与电动机10的轴21通过花键或者弹性联轴器结合。蜗杆94由滚珠轴承95a和被支承于支架97的滚珠轴承95b以自由旋转的方式支承于减速装置壳体93。蜗轮96以旋转自由的方式保持于减速装置壳体93。形成于蜗杆94的一部分的蜗杆齿94a与形成于蜗轮96的蜗轮齿96a啮合。

电动机10的旋转力经由蜗杆94向蜗轮96传递，使蜗轮96旋转。减速装置92利用蜗杆94以及蜗轮96，来增加电动机10的转矩。而且，减速装置92对图1所示的转向柱的输出轴82b提供辅助转向转矩。

图1所示的转矩传感器91a将经由转向盘81传递到输入轴82a的驾驶员施加的转向力作为转向转矩检测出来。车速传感器91b检测搭载有电动动力转向装置80的车辆的行驶速度。ECU90与电动机10、转矩传感器91a以及车速传感器91b电连接。

ECU90控制电动机10的动作。此外，ECU90分别从转矩传感器91a以及车速传感器91b获取信号。即，ECU90从转矩传感器91a获取转向转矩T，并且从车速传感器91b获取车辆的行驶速度V。对于ECU90，在点火开关98接通的状态下，从电源装置(例如车载电池)99供给电力。ECU90基于转向转矩T和行驶速度V，来计算辅助指令的辅助转向指令値。而且，ECU90基于该计算出的辅助转向指令値来调节供给电动机10的电力值X。ECU90从电动机10获取感应电压的信息或者从后述的旋转变压器获取转子的旋转信息作为动作信息Y。

输入到转向盘81的转向盘操作者(驾驶员)施加的转向力经由输入轴82a传递到转向助力机构83的减速装置92。此时，ECU90从转矩传感器91a获取输入到输入轴82a的转向转矩T，并且从车速传感器91b获取行驶速度V。而且，ECU90控制电动机10的动作。电动机10产生的辅助转向转矩被传递给减速装置92。

经由输出轴82b输出的转向转矩T(包含辅助转向转矩)，经由万向接头84被传递到下轴85，进而经由万向接头86传递到小齿轮轴87。传递到小齿轮轴87的转向力经由转向齿轮88传递到转向横拉杆89，从而使转向轮转向。下面，对电动机10进行说明。

电动机

图3是以包含中心轴的虚拟平面剖开而示意性地表示本实施方式的电动机的结构的截面图。图4是以与中心轴正交的虚拟平面剖开而示意性地表示本实施方式的电动机的结构的截面图。如图3所示，电动机10具备壳体11、轴承12、轴承13、旋转变压器14、电动机转子20以及无刷电动机用的电动机定子30。

壳体11包含筒状壳体11a和前托架11b。前托架11b大致呈圆板状地形成，以封闭筒状壳体11a的一个开口端部的方式安装于筒状壳体11a。筒状壳体11a在与前托架11b相反侧的端部，以封闭该端部的方式形成底部11c。底部11c例如与筒状壳体11a一体地形成。作为形成筒状壳体11a的材料，例如能够使用SPCC(SteelPlateColdCommercial，冷轧钢板)等一般的钢材、电磁软铁、铝等。此外，前托架11b具有将电动机10安装到所希望的机器时的凸缘的作用。

轴承12设置于筒状壳体11a的内侧且前托架11b的大致中央部分。轴承13设置于筒状壳体11a的内侧且底部11c的大致中央部分。轴承12以能够使在筒状壳体11a的内侧配置的电动机转子20的一部分即轴21的一端旋转的方式来支承该一端。轴承13以能够使轴21的另一端旋转的方式来支承该另一端。由此，轴21以旋转中心Zr的轴为中心旋转。

旋转变压器14由在轴21的前托架11b侧设置的端子台15支承。旋转变压器14检测电动机转子20(轴21)的旋转位置。旋转变压器14具备旋转变压器转子14a和旋转变压器定子14b。旋转变压器转子14a通过压入等方式被安装于轴21的圆周面。旋转变压器定子14b与旋转变压器转子14a隔着规定间隔的空隙对置配置。

电动机定子30以包围电动机转子20的方式呈筒状地设置在筒状壳体11a的内部。电动机定子30在筒状壳体11a的内周面11d例如嵌合安装。电动机定子30的中心轴与电动机转子20的旋转中心Zr一致。电动机定子30包括筒状的定子铁芯31和励磁线圈37。电动机定子30在定子铁芯31上卷绕有励磁线圈37。

如图4所示，定子铁芯31包含多个齿部34。本实施方式的齿部34在周向上存在9个。定子铁芯31通过将形成为大致相同形状的多个芯片在与旋转中心Zr的轴平行的轴向上层叠在一起而形成。在齿部34的内周侧，齿部前端32沿周向突出，齿部34的内周表面32F与转子轭22的外周隔着间隙G的间隔对置。定子铁芯31用电磁钢板等磁性材料形成。定子铁芯31具有背轭33和齿部34。背轭33包含圆弧状的部分。背轭33是环状的形状。齿部34是从背轭33的内周面朝向电动机转子20延伸的部分。

多个齿部34在以旋转中心Zr为中心的周向上(沿着图3、图4所示的筒状壳体11a的内周面11d的方向)等间隔地排列配置。以下，将以旋转中心Zr为中心的周向简称为周向。而且，通过将定子铁芯31压入筒状壳体11a内，电动机定子30以环状的状态设置于筒状壳体11a的内部。另外，定子铁芯31和筒状壳体11a除了压入之外，也可以通过粘接、热套或者焊接等固定。

图4所示的励磁线圈37是线状电线。励磁线圈37在齿部34的外周隔着绝缘体37a(参照图3)以集中绕组方式卷绕。通过该结构，能够降低磁极数，并且与分布绕组方式相比，能够缩短线圈端部(coilend)从而减少线圈量。其结果，能够降低成本，并且使电动机10变得紧凑。

励磁线圈37也可以横跨多个齿部34的外周以分布绕组方式卷绕。通过该结构，能够增加磁极数，磁通的分布变得稳定，从而能够抑制转矩脉动。

励磁线圈37也可以在背轭33的外周以环状绕组方式卷绕。通过该结构，能够产生与分布绕组等同的磁通分布，并且与分布绕组相比较，能够缩短线圈端部从而减少线圈量。其结果，能够抑制转矩脉动，并且使电动机10变得紧凑。

图3所示的绝缘体37a是用于使励磁线圈37和定子铁芯31相绝缘的部件，以耐热部件形成。此外，电动机定子30是能够包围电动机转子20的形状。即，定子铁芯31在后述的转子轭22的径向外侧，具有规定间隔(间隙)G地环状配置。

电动机转子20设置于筒状壳体11a的内部，以使其相对于筒状壳体11a能够以旋转中心Zr为中心旋转。电动机转子20包含轴21、转子轭22以及磁铁23。轴21形成为筒状。转子轭22形成为筒状。另外，转子轭22的外周是圆弧状。通过该结构，转子轭22与外周是复杂形状的情况相比较，能够降低冲压加工的加工工时。

转子轭22是通过粘接、嵌合突起、铆接等方法层叠电磁钢板、冷轧钢板等薄板所制造。转子轭22依次在模具内层叠并从模具中脱出。转子轭22例如在其中空部分压入轴21而固定于轴21。另外，轴21和转子轭22也可以一体地成型。

磁铁23沿着转子轭22的周向固定于表面，设有多个。磁铁23是永久磁铁，S极以及N极在转子轭22的周向上交替等间隔地配置。由此，如图4所示的电动机转子20的极数是在转子轭22的外周侧并且N极和S极在转子轭22的周向上交替地配置的6极。

图5是示意性地表示本实施方式的电动机转子的结构的说明图。如图4以及图5所示，转子轭22的外周包含向转子轭22的径向外侧突出的凸部22q和位于周向相邻的凸部22q之间的凹部22d。这样，转子轭22的外周在周向上交替地配置凸部22q和凹部22d。

在凸部22q，在与电动机转子20的旋转中心Zr平行的轴向(以下，称为轴向)上，具备在转子轭22开通的贯通孔作为磁性间隙部g1、磁性间隙部g2。磁性间隙部g1、磁性间隙部g2是贯通转子轭22并且与转子轭22的导磁率相比导磁率较低的空隙。作为磁性间隙，磁性间隙部g1、磁性间隙部g2能够抑制或者切断磁通的通过。磁性间隙部g1、磁性间隙部g2也可以填充热固化性树脂等非磁性材料而包含非磁性材料。根据该构造，能够确保转子轭22的刚性。

磁铁23收纳于转子轭22的凹部22d，例如通过磁力安装。在本实施方式中，磁铁23是沿着转子轭22的周向固定于表面且设有多个的分割形状(扇形构造)的扇形磁铁。

磁铁23的轴向截面是大致半圆柱形状。转子轭22的凹部22d具备配置磁铁23的贴附面22a和位于贴附面22a与凸部22q之间且在轴向截面具有直线状部分的倾斜部22b。在磁铁23的轴向截面是径向内侧的内侧面23a、周向的端面23b、23c以及径向外侧的外侧面23p的情况下，径向内侧的内侧面23a与贴附面22a面接触。贴附面22a与凸部22q的最外径表面的周向圆弧所具有的曲率半径r23相比，以旋转中心Zr为中心的曲率半径r22较小。径向外侧的外侧面23p与凸部22q的最外径表面的周向圆弧具有相同程度的曲率半径r23。此外，齿部34的内周表面32F与转子轭22的外周之间的间隙G的间隔中，间隙G2是由周向的端面23b或23c、倾斜部22b以及齿部34的内周表面32F围成的空间。

如图4以及图5所示，转子轭22的外周侧被磁化为N极的磁铁23和转子轭22的外周侧被磁化为S极的磁铁23在转子轭22的周向上交替等间隔地配置。而且，使磁铁23的径向外侧的外侧面23p的曲率不同于凹部22d的贴附面22a的曲率。

本实施方式涉及的电动机10，由于在转子轭22的凸部22q具备磁性间隙部g1、磁性间隙部g2，所以在转子轭22的外周产生磁阻的差。凸部22q的磁性间隙部g1和在周向相邻的凸部22q的磁性间隙部g1，以与径向外侧的端部g1eb之间相比径向内侧的端部g1ea之间更接近的方式延伸，并且在该径向内侧的端部g1ea之间具有成为磁路的间隔md1、md2。凸部22q的磁性间隙部g2和在周向相邻的凸部22q的磁性间隙部g2，以与径向外侧的端部g2eb之间相比径向内侧的端部g2ea之间更接近的方式延伸，并且该径向内侧的端部g2ea具有成为磁路的间隔md3。在连结旋转中心Zr和磁铁23的一部分例如外侧面23p的周向的虚拟基准点gr的虚拟线gs上，没有磁性间隙部g1和磁性间隙部g2，磁通易于通过。凸部22q的磁性间隙部g2和在周向相邻的凸部22q的磁性间隙部g2是相对于虚拟线gs呈线对称的形状。同样地，凸部22q的磁性间隙部g1和在周向相邻的凸部22q的磁性间隙部g1是相对于虚拟线gs呈线对称的形状。上述间隔md1、md2、md3按照间隔md1、md2、md3的顺序变窄。

磁性间隙部g1在沿轴向观察的边缘的至少一部分，包含以比配置磁铁23的内侧面23a(凹部表面)靠定子铁芯31的虚拟中心(在本实施方式中为虚拟基准点gr)，且以曲率半径gr1所描绘的圆弧。磁性间隙部g2在沿轴向观察的边缘的至少一部分，包含以比配置磁铁23的内侧面23a(凹部表面)靠定子铁芯31的虚拟中心(在本实施方式中为虚拟基准点gr)，且以曲率半径gr2所描绘的圆弧。因此，转子轭22在磁性间隙部g1与磁性间隙部g2之间的距离gd大致恒定，磁通能够在磁性间隙部g1与磁性间隙部g2之间的转子轭22内流动。

电动机转子20在磁性间隙部g1、磁性间隙部g2的径向外侧具有使磁通通过的桥部22f。磁性间隙部g1和磁性间隙部g2的靠径向外侧的端部g1eb、g2eb的形状沿轴向观察是弯曲的。

桥部22f的径向的厚度Δf小于磁性间隙部g1的靠径向外侧的端部g1eb的宽度g1wb。同样地，桥部22f的径向的厚度Δf小于磁性间隙部g2的靠径向外侧的端部g2eb的宽度g2wb。根据该构造，凸部22q的外边缘的磁阻在桥部22f变高，桥部22f能够限制凸部22q的外周的磁通的流动。通过提高桥部22f的径向厚度Δf处的磁阻，能够抑制在相邻的磁性间隙部g1与磁性间隙部g2之间的转子轭22(距离gd)内流动的磁通产生短路。此外，通过提高桥部22f的径向厚度Δf处的磁阻，能够抑制在相邻的齿部34之间形成使磁通短路的路径。

磁性间隙部g1比磁性间隙部g2靠近旋转中心Zr配置。在磁性间隙部g2，径向外侧的端部g2eb的宽度g2wb与径向内侧的端部g2ea的宽度g2wa大致相同。与此相对，在磁性间隙部g1，径向内侧的端部g1ea的宽度g1wa宽于径向外侧的端部g1eb的宽度g1wb。

磁性间隙部g1以径向外侧的端部之间残留宽度ge的磁路，从旋转中心Zr向径向外侧并行延伸。这样，磁性间隙部g1在彼此的径向外侧的端部之间残留宽度ge的磁路，即在磁性间隙部g1之间残留有转子轭22的磁性体的状态。本实施方式的磁性间隙部g1不局限于该方式，也可以在相邻的磁性间隙部g1的径向外侧的端部，相邻的磁性间隙部g1之间的转子轭22的磁性体消失，磁性间隙部为一体化。

因此，在转子轭22的外周，凸部22q和磁铁23交替地配置。从形状来说，磁铁23是向转子轭22的径向外侧突出的凸部，是磁阻大而电感小的磁性凸部。将作为磁性凸部的磁铁23称为d轴，将与其具有磁性电气角90°的相位差的位置称为q轴，通过形成比磁铁23靠周向两侧的磁路，凸部22q变为磁阻小而电感大的磁性凹部。定子铁芯31与转子轭22的规定间隔即间隙G伴随着转子轭22的旋转，以间隙G1、G2、G3、G2、G1的顺序交替变化。

由于磁铁23固定于转子轭22的表面，在凸部22q构成基于磁性间隙部g1和磁性间隙部g2的磁路回路，所以如下述式(1)所示，作为电动机转子20的平均转矩Tt，除了磁铁23的磁力矩Tm之外，基于在转子轭22的外周产生的磁性凹凸，还产生磁阻转矩Tr。其结果，即便从转子轭22向定子铁芯31交链的磁通降低，也会提高电动机转子20产生的平均转矩Tt。

Tt＝Tr+Tm···(1)

本实施方式涉及的电动机10具备电动机转子20和电动机定子30。电动机转子20包含转子轭22以及设置在转子轭22的外周且沿转子轭22的周向排列的多个磁铁23。电动机定子30包含在转子轭22的径向外侧环状地配置的定子铁芯31以及使定子铁芯31励磁的励磁线圈37。而且，转子轭22的外周包含向转子轭22的径向外侧突出的凸部22q和在周向相邻的凸部22q之间的凹部22d。磁铁23配置在作为凹部22d的表面的贴附面22a，在凸部22q具备在轴向贯通转子轭22的内部并且与转子轭22相比导磁率低的磁性间隙即磁性间隙部g1、磁性间隙部g2中的至少一个。

根据该构造，因磁阻转矩的作用而q轴电感变高，作为q轴电感与d轴电感之比即凸极比变大。由此，即便降低了磁铁使用量的电动机或者降低了磁铁的稀土类磁铁成分而造成磁铁产生的磁力矩变小，也能够利用磁阻转矩，来确保电动机转子20的平均转矩Tt。这样，即便降低了磁铁使用量的电动机或者降低了磁铁稀土类磁铁成分的电动机，也能够获得充分的转矩，能够抑制成本。此外，能够缓减在定子铁芯产生的磁畴改变朝向时的磁滞损耗。磁滞损耗被认为是电动机空转的情况下损耗转矩增加的原因。即，即便电动机突然停止，也能够抑制电动机的转子在空转的情况下损耗转矩的增加(电磁制动)。由于能够抑制损耗转矩，所以电动动力转向装置能够在即便辅助转向转矩传递到操作者也抑制了不适感的状态下进行动作。

电动动力转向装置80通过上述电动机10获得辅助转向转矩。电动动力转向装置80由于电动机10抑制了损耗转矩，所以能够在转向盘操作者抑制了不适感的状态下进行动作。因此，电动动力转向装置80即便是管柱助力方式，也能够使其低振动。另外，本实施方式的电动动力转向装置80虽然以管柱助力方式为例进行了说明，但是也能够应用于小齿轮助力方式以及齿条助力方式。

直接驱动电动机

本实施方式的电动机也能够作为直接连接电动机转子20和由电动机转子20使之旋转的负荷体的直接驱动电动机来使用。图6是本实施方式涉及的电动机作为直接驱动电动机应用的情况的说明图。另外，对与上述实施方式中说明的结构要素相同的结构要素赋予相同符号，省略重复的说明。

如图6所示，电动机10A能够不经由齿轮、(皮)带或者辊(筒)等传递机构而将旋转力直接传递给负荷体52来使负荷体52旋转。电动机10A是所谓的利用螺栓等固定部件67来直接连接电动机旋转轴60和负荷体52的直接驱动电动机。

电动机10A包含：维持静止状态的电动机定子30；配置成能够相对于电动机定子30旋转的电动机转子20；固定电动机定子30并安装于支承部件51的基部部件70；固定于电动机转子20并能够与电动机转子20一起旋转的电动机旋转轴60；以及夹设在基部部件70与电动机旋转轴60之间，并支承电动机旋转轴60使电动机旋转轴60能够相对于基部部件70旋转的轴承64。

基部部件70、电动机旋转轴60、电动机转子20以及电动机定子30均是环状构造体。电动机旋转轴60、电动机转子20以及电动机定子30以旋转中心Zr为中心并以同心状配置。此外，电动机10A从旋转中心Zr向外侧以电动机转子20、电动机定子30的顺序配置。这样的电动机10A被称为内转子型，电动机转子20比电动机定子30靠旋转中心Zr。此外，电动机10A的电动机旋转轴60、电动机转子20以及电动机定子30配置在基部部件70之上。

基部部件70具备：大致圆板状的壳体基部71；和壳体内件72，中空部61贯穿其内，壳体内件72以包围中空部61的方式从壳体基部71凸状地突出而形成轴心。壳体内件72通过螺栓等固定部件77紧固固定于壳体基部71。此外，基部部件70包括通过螺栓等固定部件76将轴承64的内轮固定于壳体基部71的壳体凸缘73。

电动机定子30由螺栓等固定部件78紧固于壳体基部71的外周边缘。由此，电动机定子30相对于壳体基部71被定位固定。电动机定子30的中心轴与电动机转子20的旋转中心Zr一致。

电动机定子30包含筒状的定子铁芯31和励磁线圈37。电动机定子30在定子铁芯31上卷绕有励磁线圈37。电动机定子30与用于供给来自电源的电力的布线(未图示)连接，通过该布线对励磁线圈37供给电力。

电动机转子20是电动机转子20的外径小于电动机定子30的内径尺寸的圆筒形状。电动机转子20包含转子轭22以及贴附在转子轭22的外周的磁铁23。

电动机旋转轴60包含圆环状的旋转轴62和通过螺栓等固定部件66将轴承64的外轮固定于旋转轴62的转子凸缘63。电动机转子20与圆筒状的电动机旋转轴60的旋转轴62固定为一体。电动机转子20也可以利用固定部件固定于圆筒状的电动机旋转轴60的旋转轴62。旋转轴62是与电动机10A的旋转中心Zr同轴形成的圆环中心轴。

此外，轴承64的外轮固定于转子凸缘63，内轮固定于壳体凸缘73。由此，轴承64相对于壳体基部71，支承旋转轴62以及电动机转子20并能够使旋转轴62以及电动机转子20自由旋转。因此，电动机10A能够使旋转轴62以及电动机转子20相对于壳体基部71以及电动机定子30旋转。

另外，轴承64可以是滚动体为交叉辊的交叉辊轴承。另外，轴承64不限于交叉辊轴承，也可以是例如滚动体为滚珠、滚轴(圆筒滚轴，圆锥滚轴，球面滚轴等)的滚珠轴承、滚轴轴承。这些滚动体可以在呈环状的保持器的兜孔(pocket)中逐个以规定间隔例如等间隔排列，并在可自由旋转地保持在该兜孔内的状态下组装到轨道面之间。由此，各滚动体在保持规定间隔的状态下，其滚动面不相互接触，能够在上述轨道面间滚动。此外，各滚动体能够防止由于相互接触产生摩擦而导致的旋转阻力的増大、损伤等。

此外，电动机10A具备旋转检测器。旋转检测器例如是旋转变压器，能够高精度地检测电动机转子20以及电动机旋转轴60的旋转位置。旋转检测器具备维持在静止状态的旋转变压器定子14b和与旋转变压器定子14b隔开规定间隙对置配置，并且能够相对于旋转变压器定子14b旋转的旋转变压器转子14a，配置在轴承64的上方。

旋转变压器定子14b具有在圆周向上等间隔地形成有多个定子磁极的环状层叠铁心，在各定子磁极上卷绕有旋转变压器线圈。在本实施方式的电动机10A中，旋转变压器定子14b固定于壳体内件72。

旋转变压器转子14a由中空环状的层叠铁心构成，固定在电动机旋转轴60的内侧。旋转检测器的配置位置能够检测电动机转子20(电动机旋转轴60)的旋转即可，没有特别限定，能够根据电动机旋转轴60以及基部部件70的形状而配设到任意位置。

若电动机转子20旋转，则电动机旋转轴60与电动机转子20一起旋转，旋转变压器转子14a也连动地旋转。由此，旋转变压器转子14a和旋转变压器定子14b之间的磁阻连续地变化。旋转变压器定子14b检测磁阻的变化，通过旋转变压器控制电路将其变换成电信号(数字信号)。控制电动机10A的控制装置基于旋转变压器控制电路的电信号，能够对每单位时间的与旋转变压器转子14a连动的电动机旋转轴60以及电动机转子20的位置、旋转角度进行运算处理。其结果，控制电动机10A的控制装置能够计测电动机旋转轴60的旋转状态(例如，转速、旋转方向或者旋转角度等)。

这样，由于电动机10A具备对于电动机转子20的一周旋转，磁阻变化的基波成分的周期不同的多个旋转检测器，因此能够把握电动机旋转轴60的绝对位置，此外，能够提高对电动机旋转轴60的旋转状态(例如，转速、旋转方向或者旋转角度等)进行计测的精度。

壳体基部71被安装于支承部件51，由此电动机10A相对于支承部件51定位固定。壳体基部71具有至少一个在安装于支承部件51的状态下与支承部件51的安装面相接的连续的连接面。该连接面能够使电动机10A的自重、旋转时的振动等分散作用于支承部件51。因此，能够防止壳体基部71发生变形(挠曲)。

如以上说明的那样，电动机10A不经由传递机构，就能够对负荷体52直接传递旋转力。因此，在使负荷体52旋转的情况下，电动机10A能够提高电动机转矩。

评价示例

以下，利用图7至图14，与比较例进行比较来对本实施方式涉及的电动机的磁通的流动进行说明。在图7至图14中，对与在上述实施方式中说明的结构要素相同的结构要素赋予相同的符号并与磁通分布重叠地显示，赋予相同符号而省略重复的说明。

图7是说明本实施方式涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。图8是说明比较例涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。本实施方式涉及的转子轭22如图7所示，磁铁23的径向外侧的外侧面23p的曲率中心与电动机转子20的旋转中心Zr错开。与此相对，比较例涉及的转子轭22如图8所示，磁铁23的径向外侧的外侧面23p的曲率中心与电动机转子20的旋转中心Zr一致。在比较图7所示的齿部34的内周表面32F与磁铁23的径向外侧的外侧面23p的对置区域mf1、以及图8所示的齿部34的内周表面32F与磁铁23的径向外侧的外侧面23p的对置区域mf2的情况下，区域mf1与区域mf2相比磁通的分布更均匀化。因此，本实施方式涉及的转子轭22如图7所示那样控制磁通，来控制磁铁23的径向外侧的外侧面23p的磁通的流动，由此有助于降低转矩波动。

图9是说明本实施方式涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。图10是说明比较例涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。如图9所示，本实施方式涉及的转子轭22如图9所示，磁性间隙部g1、g2的靠凸部22q径向外侧的端部mf3的形状沿轴向观察为弯曲状。与此相对，比较例涉及的转子轭22如图10所示，磁性间隙部g1、g2的靠凸部22q径向外侧的端部mf4的形状沿轴向观察为直线状。图9所示的本实施方式涉及的磁性间隙部g1、g2的靠凸部22q径向外侧的端部mf3与图10所示的比较例涉及的磁性间隙部g1、g2的靠凸部22q径向外侧的端部mf4相比，磁通被控制成沿磁性间隙部g1、g2从转子轭22向齿部34回绕。

图11是说明本实施方式涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。图12是说明比较例涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。本实施方式涉及的转子轭22如图11所示，凸部的磁性间隙部g1(g2)和在周向相邻的凸部的磁性间隙部g1(g2)以与径向外侧的端部相比径向内侧的端部更接近的方式延伸，并且在成为磁路的区域mf5，径向内侧的端部彼此之间具有间隔。与此相对，比较例涉及的转子轭22如图12所示，凸部的磁性间隙部g1(g2)和在周向相邻的凸部的磁性间隙部g1(g2)以与径向外侧的端部相比径向内侧的端部更接近的方式延伸，并且径向内侧的端部彼此在区域mf6接近。区域mf6与区域mf5相比磁阻大，磁通难以自磁铁23回绕地流动到凸部的q轴的径向外侧。本实施方式涉及的转子轭22具有凸部22q的磁性间隙部g1、g2和在周向相邻的凸部22q的磁性间隙部g1、g2以与径向外侧的端部相比径向内侧的端部更接近的方式延伸，并且该径向内侧的端部彼此之间具有成为磁路的间隔，因此自磁铁23到凸部的q轴的径向外侧，磁通被控制成从转子轭22向齿部34回绕。

图13是说明本实施方式涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。图14是说明比较例涉及的电动机的磁通的流动的评价示例的说明图。本实施方式涉及的转子轭22如图13所示，凹部22d具备：配置磁铁23的贴附面22a；和位于贴附面22a与凸部22q之间且在轴向的截面具有直线状部分的倾斜部22b。与此相对，比较例涉及的转子轭22没有与倾斜部22b相当的构造。本实施方式涉及的转子轭22在磁铁23的周向的区域mf7，具有比比较例涉及的磁铁23的周向的区域mf8更多的空隙，能够提高凸部的q轴的磁通密度，并且抑制磁铁23端部的磁通短路，控制磁通的流动。

图15是搭载有具备本实施方式涉及的电动机的电动动力转向装置的车辆的示意图。如图15所示，车辆100搭载有具备上述本实施方式涉及的电动机的电动动力转向装置80。车辆100也可以安装上述本实施方式涉及的电动机以用于电动动力转向装置80以外的其他用途。

Claims (11)

1.一种电动机，其特征在于，包括：

电动机转子，其包含转子轭和设置于所述转子轭的外周且沿所述转子轭的周向排列的多个磁铁；以及

电动机定子，其包含在所述转子轭的径向外侧环状地配置的定子铁芯和使所述定子铁芯励磁的励磁线圈，

所述转子轭的外周包含：向所述转子轭的径向外侧突出的凸部；以及在周向相邻的所述凸部之间的凹部，

所述磁铁被配置在所述凹部的表面。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：

在所述凸部，存在至少一个在与所述电动机转子的旋转中心的轴平行的轴向上贯通所述转子轭的内部并且导磁率低于所述转子轭的磁性间隙部。

3.根据权利要求1或者2所述的电动机，其特征在于：

所述磁铁的径向外侧的外径的曲率中心与所述电动机转子的旋转中心错开。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述磁性间隙部的靠所述凸部的径向外侧的端部的形状沿轴向观察是弯曲的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述凸部的磁性间隙部与周向相邻的所述凸部的磁性间隙部，以与径向外侧的端部相比径向内侧的端部更接近的方式延伸，并且该径向内侧的端部之间具有成为磁路的间隔。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述凹部在配置所述磁铁的所述凹部表面与所述凸部的最外周之间，具备沿轴向观察呈直线状的倾斜部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述磁性间隙部在沿所述轴向观察的边缘的至少一部分包括圆弧，所述圆弧以比配置所述磁铁的所述凹部表面靠所述定子铁芯的虚拟中心描绘而成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述磁性间隙部包含有非磁性材料。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述电动机用于为获得辅助转向转矩的电动动力转向用途。

10.一种电动动力转向装置，其特征在于：

通过权利要求1至8中任一项所述的电动机来获得辅助转向转矩。

11.一种车辆，其特征在于：

具备权利要求1至9中任一项所述的电动机。