电机转让专利
申请号 : CN200410048926.4
文献号 : CN1574546B
文献日 : 2010-05-05
发明人 : 玉木悟史 , 近藤康宏 , 永木敏一 , 中田秀树 , 角谷直之
申请人 : 松下电器产业株式会社
摘要 :
一种电机，包括：在设于定子铁心的多个凸极上分别卷绕有线圈的定子；以及在转子铁心上沿周向以等间隔配置有数量多于所述凸极数的多个永久磁铁，所述凸极，由卷绕有施加同相的电压的线圈并相互邻接，同时将相互邻接的凸极的线圈的卷绕方向呈反向的多个凸极组成的多个凸极组所构成，并且，将凸极的总数作为T，将永久磁铁的总数作为P，通过将各凸极组内的凸极的配置角度θs(deg)设定成满足下列关系的任意角度，360/P(deg)≤θs≤360/T(deg)。本发明可提供一种高扭矩、感应电压波形的歪斜小、并可按照对控制性和齿槽效应扭矩的特性要求来实现最佳化的电机。
权利要求 :
1.一种电机，其特征在于，包括：在设于定子铁心的多个凸极上分别卷绕有线圈的定子；以及在转子铁心上沿周向以等间隔配置有数量多于所述凸极数的多个永久磁铁的转子，所述凸极由卷绕有施加同相电压的线圈并相互邻接、同时将相互邻接的凸极的线圈的卷绕方向呈反向的多个凸极组成的多个凸极组所构成，并且，将凸极总数设为T，将永久磁铁的总数设为P，将各凸极组内相邻凸极之间的角度θS设定成满足下列关系的任意角度
360/P度≤θS度≤360/T度；
当所述凸极的配置角度不是360/P度时，改变凸极的线圈卷绕部的剖面积，以消除同相的相互邻接的凸极间相位的差异所引起磁通密度的差异，使磁通密度均匀化；
所述改变凸极的线圈卷绕部的剖面积是将凸极组中位于转子旋转方向前方侧的凸极的径向剖面积设置为小于位于转子旋转方向后方侧的凸极的径向剖面积，并且将位于更前方侧的凸极的径向剖面积设置为小于所述位于前方侧的凸极的径向剖面积。
2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，将1个凸极组内的凸极数设为n，将各自卷绕有U·V·W相的3相的线圈的3个凸极组为1组的线圈组数设为s，将k设为正的整数，将总凸极数T设为满足T＝3×s×n的值，
将转子的极数P设为满足P＝2×(s(±1+3k))且P＞T的值。
3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，使所述凸极前端部的周向宽度尺寸相同于或大于所述永久磁铁周向的有效宽度。
4.如权利要求1所述的电机，其特征在于，当所述凸极的配置角度不是360/T度时，分别将在各凸极组之间夹有间隙相互邻接的凸极前端部伸长，使凸极间的开槽间隔减小。
5.如权利要求4所述的电机，其特征在于，将相同凸极组内相互邻接的凸极间的开槽角度设为os1度，将不同凸极组间的相互邻接的凸极间的开槽角度设为os2度，满足下列公式：θS/5度＞os1度≥θS/7度且os2度≤os1度。
6.如权利要求1所述的电机，其特征在于，具有将转子铁心上配置永久磁铁的磁铁型转子部和转子铁心上设置磁性的凸极性的磁阻型转子部沿轴向层叠构成的转子。
7.如权利要求1所述的电机，其特征在于，当所述凸极的配置角度不是360/P度时，在同相的相互邻接的凸极上设有360/P度内的任意角度的扭斜。
说明书 :
技术领域
本发明涉及电机，特别是涉及可适用于电瓶车(PEV)、复合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)等以及家电电器、机器人等的电机。
背景技术
以往，作为适用于电瓶车(PEV)、复合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)等的电机，已知有一种集中卷绕埋入磁铁型电机(例如、参照日本专利特开2000-245085号公报)。
参照图7说明该电机的结构。图7是用与电机的回转中心轴正交的平面剖切的、电机主要部分的剖视图。图7中，在定子铁心1的内周部以等间隔配置的多个(图示例中是12个)的凸极2上卷绕有线圈3，构成定子11。在转子铁心4上沿周向以等间隔埋入多个(图示例中是8个)的永久磁铁5而构成的转子12，回转自如地被设置成在与该定子11的凸极2的内周面之间具有微小的间隙且与外周面相对的形态。线圈3分别构成U相、V相、W相的3相，在各相的线圈3上，各自以电气角度120(deg)错开相位，例如当供给梯形波状电流时，各相的线圈3与转子铁心4之间发生的扭矩，以各自120(deg)错开相位的形式发生，将该3相的发生扭矩合成的扭矩成为综合扭矩，转子铁心4朝所定的方向回转。即，成为了绕回转中心轴回转的所谓3相全波驱动的回转动作。
已知还有一种结构是，将设于定子的多个(例如9个)的凸极相互邻接，同时将施加同相电压的多个(例如3个)的凸极作为1组，分为多个(例如3个或3的倍数)组，分别对各组施加U相、V相、W相的电压，并且在各组内，将相互邻接的凸极上的线圈的卷绕方向作成相互呈反向，在转子上以等间隔配设少于凸极数的永久磁铁，通过以不等间隔配置凸极，减小凸极的中心线与永久磁铁的极中心的偏位，以减小线圈的感应电压相位的错位(例如、参照日本专利特开2002-199630号公报)。
然而，日本专利特开2000-245085号公报公开的集中卷绕电机，虽然具有可实现高扭矩化的优点，但存在的问题是在反电压(逆起電压)中发现了波形歪斜，当反电压的波形歪斜增大时会加大涡电流，使铁损增加而降低效率。还有1个问题是在埋入转子12中的永久磁铁5上也会发生涡电流，永久磁铁5发热而使温度上升，有可能产生减磁。
另外，日本专利特开2002-199630号公报揭示的电机是一种8极·9槽结构的电机，与图7所示的传统的电机一样，凸极的个数多于永久磁铁。在这种结构中，凸极的前端部的周向尺寸小于永久磁铁周向的有效宽度，因定子的线圈是集中卷绕，故存在着感应电压波形中发生歪斜而影响控制性的问题，并且，随着回转速度的增高，歪斜的波形的峰值变大且急速上升，因峰值电压超过容许电压，故受电压的限制而不可能实现高速回转。
参照图7说明该电机的结构。图7是用与电机的回转中心轴正交的平面剖切的、电机主要部分的剖视图。图7中，在定子铁心1的内周部以等间隔配置的多个(图示例中是12个)的凸极2上卷绕有线圈3，构成定子11。在转子铁心4上沿周向以等间隔埋入多个(图示例中是8个)的永久磁铁5而构成的转子12，回转自如地被设置成在与该定子11的凸极2的内周面之间具有微小的间隙且与外周面相对的形态。线圈3分别构成U相、V相、W相的3相，在各相的线圈3上，各自以电气角度120(deg)错开相位，例如当供给梯形波状电流时，各相的线圈3与转子铁心4之间发生的扭矩，以各自120(deg)错开相位的形式发生，将该3相的发生扭矩合成的扭矩成为综合扭矩，转子铁心4朝所定的方向回转。即，成为了绕回转中心轴回转的所谓3相全波驱动的回转动作。
已知还有一种结构是，将设于定子的多个(例如9个)的凸极相互邻接，同时将施加同相电压的多个(例如3个)的凸极作为1组，分为多个(例如3个或3的倍数)组，分别对各组施加U相、V相、W相的电压，并且在各组内，将相互邻接的凸极上的线圈的卷绕方向作成相互呈反向，在转子上以等间隔配设少于凸极数的永久磁铁，通过以不等间隔配置凸极，减小凸极的中心线与永久磁铁的极中心的偏位，以减小线圈的感应电压相位的错位(例如、参照日本专利特开2002-199630号公报)。
然而，日本专利特开2000-245085号公报公开的集中卷绕电机，虽然具有可实现高扭矩化的优点，但存在的问题是在反电压(逆起電压)中发现了波形歪斜，当反电压的波形歪斜增大时会加大涡电流，使铁损增加而降低效率。还有1个问题是在埋入转子12中的永久磁铁5上也会发生涡电流，永久磁铁5发热而使温度上升，有可能产生减磁。
另外，日本专利特开2002-199630号公报揭示的电机是一种8极·9槽结构的电机，与图7所示的传统的电机一样，凸极的个数多于永久磁铁。在这种结构中，凸极的前端部的周向尺寸小于永久磁铁周向的有效宽度，因定子的线圈是集中卷绕，故存在着感应电压波形中发生歪斜而影响控制性的问题，并且，随着回转速度的增高，歪斜的波形的峰值变大且急速上升，因峰值电压超过容许电压，故受电压的限制而不可能实现高速回转。
发明内容
鉴于上述传统的问题，本发明目的在于，提供一种高扭矩、感应电压波形的歪斜小，并可按照对控制性和齿槽效应扭矩(コギングトルク)的特性要求来实现最佳化的电机.
为了实现上述目的，本发明的电机，包括：在设于定子铁心的多个凸极上分别卷绕有线圈的定子；以及在转子铁心上沿周向以等间隔配置有数量多于所述凸极数的多个永久磁铁，所述凸极，由卷绕有施加同相的电压的线圈并相互邻接，同时将相互邻接的凸极的线圈的卷绕方向呈反向的多个凸极组成的多个凸极组所构成，且将凸极的总数作为T，将永久磁铁的总数作为P，将各凸极组内的凸极的配置角度θs(deg)设定成满足360/P(deg)≤θs(deg)≤360/T(deg)的任意角度。
采用这种结构，通过构成了集中卷绕永久磁铁型电机，可发生高扭矩，并且在各凸极组内，因该线圈被卷绕成了邻接的凸极成为相互不同的的极性，故可缓和磁场分布的偏重，可减小电机驱动时线圈感应引起的反电压的波形歪斜，可抑制定子铁心和转子铁心中的铁损发生。对于转子铁心中的永久磁铁，因可抑制涡电流的发生，故也可减轻由其引起的热发生，可抑制永久磁铁的减磁，可实现高效率的电机。另外，通过将各凸极组内的凸极的配置角度设定成以下两个角度之间的所需的角度、即与永久磁铁的配置角度一致、凸极与永久磁铁的相位一致、能获得高控制性的角度，和与等间隔配置于定子铁心全周的角度一致、能将齿槽效应扭矩控制成最小的角度，就可获得与所要求的控制性和齿槽效应扭矩特性相对应的电机。
另外，若将凸极的总数作为T，将1个凸极组内的凸极数作为n，将以各自卷绕U·V·W相的3相线圈的3个凸极组为1组的线圈组数作为s，k作为正的整数，总凸极数T满足T＝3×s×n，转子的总极数P满足P＝2×(s(±1+3k))且P＞T，则定子总凸极数与转子总极数的组合成为最佳化，故可发生更高的扭矩。特别是在将转子的总极数P设定成比总凸极数T大的最小值时，可提高体积效率，使齿槽效应扭矩成为最小，较好。
另外，若使凸极的前端部的周向宽度尺寸，大致相同于或大于所述永久磁铁的周向的有效宽度，则感应电压波形成为正弦波状，可防止感应电压的波形歪斜的发生，可提高控制性，较好。
另外，当凸极的配置角度不是360/T(deg)时，在各凸极组之间，隔有间隙状的相互邻接的凸极的脚相互伸张，使凸极间的开槽宽度减小，则可缓和永久磁铁所产生的磁通的磁路的磁导变化，可缓和磁场能量的变化，可减小齿槽效应扭矩，故可减小高扭矩所引起的感应电压波形的歪斜，并可实现齿槽效应扭矩小的电机。
另外，将相同凸极组内的相互邻接的凸极的配置角度作为θs(deg)，将相同凸极组内的相互邻接的凸极间的开槽角度作为os1(deg)，将不同凸极组间的相互邻接的凸极间的开槽角度作为os2(deg)，若满足：
θs/5(deg)＞os1(deg)≥θs/7(deg)且os2(deg)≤os1(deg)，则可进一步缓和永久磁铁所产生的磁通的磁路的磁导变化，可进一步缓和磁场能量的变化，可更加减小齿槽效应扭矩。
另外，当凸极的配置角度不是360/P(deg)时，若改变凸极的线圈卷绕部的剖面积，使同相的相互邻接的凸极间的相位的差异所引起磁通密度的差异消失，以使磁通密度均匀化，则因凸极间的磁通密度均匀，故可使感应电压恒定，提高控制性，并且在凸极的剖面积减小的凸极中，可相应增大线圈直径，可减小铜损，提高效率。
另外，当转子通过将转子铁心上配置的永久磁铁的磁铁型转子部和转子铁心上设置了磁性的凸极性的磁阻型转子部沿轴向层叠构成时，可利用更多的磁阻扭矩，即使是为了求得齿槽效应扭矩特性而使凸极的配置角度与永久磁铁的配置角度不一致(不是360/P(deg))的场合，也能提高高速条件下的控制性.
另外，如上所述，在凸极的配置角度不是360/P(deg)时，若在同相的相互邻接的凸极上设置有360/P(deg)以内的任意角度的扭斜(スキユ一)，则可减小凸极与永久磁铁的相位错位的影响，能确保高速条件下的控制性。
本发明的上述以及除此之外的目的及其特色，通过以下的详细说明及附图可进一步得到明确。
附图的简单说明
图1为表示本发明第1实施例的电机概略结构的剖面图。
图2为表示同一实施例的电机的另一例的概略结构的剖面图。
图3为表示本发明第2实施例的电机概略结构的剖面图。
图4为本发明第3实施例的电机的要部放大剖面图。
图5为本发明第4实施例的电机中的凸极上形成了扭斜的状态的说明图。
图6A～图6B表示本发明第5实施例的电机，图6A为要部的局部立体图，图6B为磁阻型转子部的平面图。
图7为表示传统例的电机主要部分的概略结构的剖面图。
为了实现上述目的，本发明的电机，包括：在设于定子铁心的多个凸极上分别卷绕有线圈的定子；以及在转子铁心上沿周向以等间隔配置有数量多于所述凸极数的多个永久磁铁，所述凸极，由卷绕有施加同相的电压的线圈并相互邻接，同时将相互邻接的凸极的线圈的卷绕方向呈反向的多个凸极组成的多个凸极组所构成，且将凸极的总数作为T，将永久磁铁的总数作为P，将各凸极组内的凸极的配置角度θs(deg)设定成满足360/P(deg)≤θs(deg)≤360/T(deg)的任意角度。
采用这种结构，通过构成了集中卷绕永久磁铁型电机，可发生高扭矩，并且在各凸极组内，因该线圈被卷绕成了邻接的凸极成为相互不同的的极性，故可缓和磁场分布的偏重，可减小电机驱动时线圈感应引起的反电压的波形歪斜，可抑制定子铁心和转子铁心中的铁损发生。对于转子铁心中的永久磁铁，因可抑制涡电流的发生，故也可减轻由其引起的热发生，可抑制永久磁铁的减磁，可实现高效率的电机。另外，通过将各凸极组内的凸极的配置角度设定成以下两个角度之间的所需的角度、即与永久磁铁的配置角度一致、凸极与永久磁铁的相位一致、能获得高控制性的角度，和与等间隔配置于定子铁心全周的角度一致、能将齿槽效应扭矩控制成最小的角度，就可获得与所要求的控制性和齿槽效应扭矩特性相对应的电机。
另外，若将凸极的总数作为T，将1个凸极组内的凸极数作为n，将以各自卷绕U·V·W相的3相线圈的3个凸极组为1组的线圈组数作为s，k作为正的整数，总凸极数T满足T＝3×s×n，转子的总极数P满足P＝2×(s(±1+3k))且P＞T，则定子总凸极数与转子总极数的组合成为最佳化，故可发生更高的扭矩。特别是在将转子的总极数P设定成比总凸极数T大的最小值时，可提高体积效率，使齿槽效应扭矩成为最小，较好。
另外，若使凸极的前端部的周向宽度尺寸，大致相同于或大于所述永久磁铁的周向的有效宽度，则感应电压波形成为正弦波状，可防止感应电压的波形歪斜的发生，可提高控制性，较好。
另外，当凸极的配置角度不是360/T(deg)时，在各凸极组之间，隔有间隙状的相互邻接的凸极的脚相互伸张，使凸极间的开槽宽度减小，则可缓和永久磁铁所产生的磁通的磁路的磁导变化，可缓和磁场能量的变化，可减小齿槽效应扭矩，故可减小高扭矩所引起的感应电压波形的歪斜，并可实现齿槽效应扭矩小的电机。
另外，将相同凸极组内的相互邻接的凸极的配置角度作为θs(deg)，将相同凸极组内的相互邻接的凸极间的开槽角度作为os1(deg)，将不同凸极组间的相互邻接的凸极间的开槽角度作为os2(deg)，若满足：
θs/5(deg)＞os1(deg)≥θs/7(deg)且os2(deg)≤os1(deg)，则可进一步缓和永久磁铁所产生的磁通的磁路的磁导变化，可进一步缓和磁场能量的变化，可更加减小齿槽效应扭矩。
另外，当凸极的配置角度不是360/P(deg)时，若改变凸极的线圈卷绕部的剖面积，使同相的相互邻接的凸极间的相位的差异所引起磁通密度的差异消失，以使磁通密度均匀化，则因凸极间的磁通密度均匀，故可使感应电压恒定，提高控制性，并且在凸极的剖面积减小的凸极中，可相应增大线圈直径，可减小铜损，提高效率。
另外，当转子通过将转子铁心上配置的永久磁铁的磁铁型转子部和转子铁心上设置了磁性的凸极性的磁阻型转子部沿轴向层叠构成时，可利用更多的磁阻扭矩，即使是为了求得齿槽效应扭矩特性而使凸极的配置角度与永久磁铁的配置角度不一致(不是360/P(deg))的场合，也能提高高速条件下的控制性.
另外，如上所述，在凸极的配置角度不是360/P(deg)时，若在同相的相互邻接的凸极上设置有360/P(deg)以内的任意角度的扭斜(スキユ一)，则可减小凸极与永久磁铁的相位错位的影响，能确保高速条件下的控制性。
本发明的上述以及除此之外的目的及其特色，通过以下的详细说明及附图可进一步得到明确。
附图的简单说明
图1为表示本发明第1实施例的电机概略结构的剖面图。
图2为表示同一实施例的电机的另一例的概略结构的剖面图。
图3为表示本发明第2实施例的电机概略结构的剖面图。
图4为本发明第3实施例的电机的要部放大剖面图。
图5为本发明第4实施例的电机中的凸极上形成了扭斜的状态的说明图。
图6A～图6B表示本发明第5实施例的电机，图6A为要部的局部立体图，图6B为磁阻型转子部的平面图。
图7为表示传统例的电机主要部分的概略结构的剖面图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的电机的各实施例。
(第1实施例)
参照图1、图2说明本发明的电机的第1实施例。为了说明本实施例的电机结构，图1、图2是用与电机的回转中心轴垂直的面剖切的主要部剖面图。图1、图2中，电磁钢板层叠构成的定子铁心1具有多个凸极2，在该凸极2上卷绕着线圈3。线圈3的结构是3相线圈，各相在图示例中由3个线圈3构成。这些同相的3个线圈3配置在连续的位置上，并且，正中的线圈3相对两邻的线圈3，卷绕成反向的卷绕方向。将这种卷绕方法的3个线圈3串联或并联连接，各相的线圈组以电气角度120(deg)的相位差进行配置。这样，凸极组I、II、III分别由卷绕有同相的线圈3的1组凸极2所构成。即，与3相线圈相对应，3个凸极组I、II、III以隔开电气角度120(deg)的间隔进行配置。另外，在3相线圈的场合，凸极组以3个的倍数、隔开电气角度120(deg)的间隔进行配置。
另一方面，在电磁钢板层叠构成的转子铁心4上，等间隔埋入配置有多个永久磁铁5，构成转子12，在绕回转中心O可自由回转的状态下，与凸极2的内周面之间稍许隔有间隙地配置。
在各凸极组I、II、III内相邻凸极2之间的角度θs(deg)如图1所示，将永久磁铁5的极数作为P，将凸极2的总数作为T，可设定成与永久磁铁5的配置角度θmg(deg)一致的360/P(deg)和沿定子铁心1全周等间隔配置凸极2时的角度360/T(deg)之间的任意角度。图1的图示例中，表示的是将相邻凸极2之间的角度θs(deg)作为与永久磁铁5的配置角度θmg(deg)相等的360/P(deg)的状态，图2的图示例，表示的是将相邻凸极2的之间的角度θs(deg)作为沿定子铁心1全周等间隔配置凸极2的360/T(deg)的状态。
在图1、图2的图示例中，图示的是将定子11上的U·V·W的3相线圈1式作为1组、该线圈组数为1、每1相线圈的槽数为3个(3叉)、9槽、构成转子的永久磁铁为10个即10极的电机，但本发明不限定于这种3叉·线圈组数1·9槽·10极的电机。
本发明的电机可采用n叉·线圈组数s·T槽·P极的电机。此场合，n、s均为正的整数，槽数T为(n×s)，转子极数P为大于槽数T的偶数，并且在3相线圈时，规定成应满足下列公式的值。
P＝2×(s(±1+3k))且(k＝正的整数)
并且，若设定成P是大于T值中的最小值(P＞T)时，可提高体积效率，故较佳。
采用该关系式来决定极数。另外，作为具体例可详见表1。
【表1】
叉数(n) 线圈组数(s) 组数(3s) 槽数(T) 极数(P) 2 1 3 6 8 2 2 6 12 16 2 3 9 18 24 2 4 12 24 32 3 1 3 9 10 3 2 6 18 20 3 3 9 27 30 3 4 12 36 40 4 1 3 12 14 4 1 3 12 16 4 2 6 24 28 4 2 6 24 32 5 1 3 15 16 5 1 3 15 20 5 1 3 15 22
叉数(n) 线圈组数(s) 组数(3s) 槽数(T) 极数(P) 5 2 6 30 32 5 2 6 30 40 6 1 3 18 20 6 1 3 18 22 6 1 3 18 26 6 2 6 36 40 7 1 3 21 22 7 1 3 21 26 7 1 3 21 28
上列公式是根据在各凸极组的线圈3中的电流依次流过U、V、W时能顺利回转的条件所作出的规定。即，若将磁铁的极对数作为P/2，则通过使转子回转，由磁铁感应引起的的感应电压波形Be可用下列公式表示。
Be＝sin(p/2×θ)
式中，因是3相电机，故U、V、W各自以电气角度120(deg)错位。因此，当以电气角度120(deg)错位地向各相线圈通电时，只要使转子以相同角度朝同一方向回转即可。由此，只要下列公式成立即可。
sin(p/2×(θ+120/s))＝sin(p/2×θ±120+360k)
该公式表示：当感应电压函数(转子)从某一时刻的Be＝0来到电气角度120(deg)错开的位置(公式表现的是机械角)时，若在定子侧的别的轴上，与120(deg)(U、V、W的任1个)错开的位置相同，则即使依次在从U至V、从V至W的120(deg)错开的位置通电，转子位置(感应电压函数Be)也始终是相同的电气值，可以顺利地进行1回转，以上就是对该公式所作的整理。
本实施例的转子12，由转子铁心4和沿转子铁心4周向等间隔埋入的多个大致V字状的永久磁铁5构成，转子12的定子相对面与定子11的转子相对面以具有微小的间隙的形式对置，可绕回转轴中心O进行回转。因此，利用该埋入的永久磁铁5，在转子12的定子相对部形成了磁通较易通过的部分和较难通过的部分。即，通过形成了磁阻小的部分和比其磁阻大的部分，在q轴方向的电感与d轴方向的电感间产生差异，可发生磁阻扭矩，使发生扭矩高扭矩化。
如上所述，因P＞T，永久磁铁5的配置角度小于凸极2的平均配置角度，故如图1所示，将永久磁铁5的周向的有效宽度作为d1，将凸极2前端部的周向宽度作为d2，可设定成d1≤d2，实际就是这样设定的.这样，由于永久磁铁5的全体必然与凸极2的前端部重合，因此感应电压波形成为了正弦波状，可防止感应电压的波形歪斜，可提高电压的控制性，较佳.
上述结构的电机，因构成了集中卷绕永久磁铁型电机，故可发生高扭矩，并且，在各凸极组I、II、III内，将该线圈3卷绕成邻接的凸极2、2呈相互不同的极性，因此可缓和磁场分布的偏重，可减小电机驱动时线圈3感应引起的反电压的波形歪斜，可抑制定子铁心1和转子铁心4中的铁损发生。另外，对于转子铁心4中的永久磁铁5，因抑制了涡电流的发生，故可减少由其所引起的热发生，可抑制永久磁铁的减磁，实现高效率的电机。
在以上结构的电机中，若使各凸极组内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度θmg(＝360/P(deg))一致，则凸极2与永久磁铁5的相位一致，可获得高控制性，另一方面，若使凸极2的配置角度θs(deg)与沿定子铁心1的全周等间隔配置凸极2时的角度(＝360/T(deg))一致，则可使齿槽效应扭矩成为最小。这样，按照所要求的控制性和齿槽效应扭矩特性，将凸极2的配置角度θs(deg)在360/P(deg)与360/T(deg)之间任意设定，即可获得具有所希望的特性的电机。
(第2实施例)
下面参照图3说明本发明的电机的第2实施例。在以下的实施例的说明中，对于与前述的实施例同一的构成要素，标记同一参照符号，省略其说明，主要是对不同点作出说明。
图3中，本实施例中，当各凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度不是360/T(deg)即、360/P(deg)≤θs(deg)＜360/T(deg)的场合，将各凸极组I、II、III内的凸极2、2间的开槽角度os1(deg)与凸极2的配置角度θs(deg)的关系，设定成满足下列公式，
θs/5(deg)＞os1≥θs/7(deg)
通过分别对凸极组I、II、III间的邻接的凸极2、2的脚6作出调整，将凸极组I、II、III间的凸极2、2之间的开槽角度os2(deg)，设定成满足下列公式。
os2(deg)≤os1(deg)
采用这种结构，凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度θmg(deg)相等，并且，使凸极组I、II、III间的凸极2、2之间的开槽角度os2(deg)小于凸极组I、II、III内的凸极2、2之间的开槽角度os1(deg)，故可缓和永久磁铁5所引起的磁通的磁路的磁导变化，可缓和磁场能量的变化，既可维持高控制性，又可减小齿槽效应扭矩。即，在凸极组I、II、III间的凸极2的脚6各自不伸长的场合，因凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度θmg(deg)相等，故在凸极组I、II、III间的凸极2、2之间产生间隙，该中间的开槽角度os2(deg)变大，当转子12产生回转、永久磁铁5通过该开槽角度os2(deg)时，有可能会出现磁路的磁导变化增大和齿槽效应扭矩变大的现象，但在上述的结构中，可以减小齿槽效应扭矩。
另外，凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)，也可成为永久磁铁5的配置角度θmg(deg)与360/T(deg)之间的任1角度，并且，在定子铁心1的全周上的所有凸极2的前端部，对凸极2的前端部的脚6进行调整，使该配置间隔在将总凸极数T作为T时成为360/T(deg)。在此场合，前端部的脚6的长度既可以长，也可以短。采用这种结构，可进一步减小齿槽效应扭矩。
(第3实施例)
下面参照图4说明本发明的电机的第3实施例。
图4中，本实施例中，当各凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度(360/P(deg))不一致即、360/P(deg)＜θs(deg)≤360/T(deg)的场合，为了消除各凸极组I、II、III内的凸极2、2间的相位差异引起的磁通密度的差异，将各凸极2的线圈3的卷绕部分的剖面积形成以下形态即、使位于前方侧的凸极2的剖面积w2小于位于转子12的回转方向后方侧的凸极1的剖面积w1，且将位于更前方侧的凸极2的剖面积w3做成更小。
采用这种结构，可使各凸极组I、II、III内的各凸极2的磁通密度均匀化，可使卷绕于各凸极2的线圈3所发生的感应电压恒定，故可提高控制性。另外，剖面积变小的凸极2上，线圈3的绕线直径变大，可相应减少铜损，可提高效率。
(第4实施例)
下面参照图5说明本发明的电机的第4实施例。
图5中，本实施例中，当各凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度360/P(deg)不一致的场合，在凸极2上设定有360/P(deg)以内的任意角度的扭斜。图示例中，凸极2一端的配置角度为360/T(deg)，另一端的配置角度设定有形成360/P(deg)的角度β的扭斜。当然，扭斜角度可以设定成0～β的任意角度。
这样，通过在凸极2上设定有360/P(deg)以内的任意角度的扭斜，可减小凸极2与永久磁铁5的相位错位的影响，不仅能减小齿槽效应扭矩，而且特别能提高高速条件下的控制性。
(第5实施例)
参照图6A～图6B说明本发明的第5实施例的电机。
上述实施例中，对转子12只是由转子铁心4内埋入有永久磁铁的磁铁型转子所构成的例子作了说明，本实施例中，则是由转子铁心4内埋入有永久磁铁5的磁铁型转子部7和图6B所示的在转子铁心9的外周部等间隔形成有凹部10a、并形成有与永久磁铁5相同个数的凸极10的磁阻型转子8，构成了图6A所示的轴向层叠状的转子12。
采用这种结构，可更多地利用磁阻扭矩，由此可获得以下的效果即、通过将定子11的凸极2的配置角度不配置成360/P(deg)，在以齿槽效应扭矩特性一方优先于控制性的场合，虽然是尤其在高速回转时的控制性变坏，但通过利用磁阻扭矩能提高控制性，提高齿槽效应扭矩特性，并且高速时也能确保高控制性。
虽未作图示，在上述实施例中，若在凸极前端面的与转子相对的面上设置副槽，则在外观上可将该凸极的前端部的极性细分为S极·N极·S极，故在发生高扭矩的同时能减小扭矩波动，可更加减小齿槽效应扭矩。此时的副槽形状不限定于矩形状，也可是圆弧状。另外，不限定于对于1个凸极形成1个副槽，也可是对于1个凸极形成多个副槽。
另外，上述实施例中，若在凸极的前端面的与转子相对的面上设置切除部，以使在其周向端部附近远离转子铁心的定子相对面，则可进一步缓和凸极的磁场能量的变化，可更加减小齿槽效应扭矩。
另外，上述实施例中，若转子构造由以下的转子铁心构成即、与永久磁铁大致相同形状、且具有比永久磁铁的厚度小的宽度的切口设置在永久磁铁的位置的与定子侧的相反侧，则可利用更多的磁阻扭矩.
另外，在以上的实施例中，对定子11的内部配置有回转自如的转子12的内转子型的电机例子作了说明，本发明的电机，也可适用于定子的外周配置有回转自如的环状转子的外转子型的电机，并且，显然它具有相同的作用效果。
上述本发明的各实施例的电机，通过应用于PEV(纯电瓶车)、HEV(复合动力汽车)、FCEV(燃料电池汽车)等的电动汽车驱动用的电机，可实现使驱动电机更加小型·高效率，低噪音和控制性良好，搭载这种电机的电动汽车，可实现车室内更加宽大，1次充电的行驶距离更长，发动时的振动·噪音更低的电动汽车。另外，在将上述电机应用于设在家用电器、机器人等内部的驱动用电机时，也能发挥同样的效果。
综上所述，本发明，因构成了集中卷绕永久磁铁型电机，故可发生高扭矩，并且，在各凸极组内，将该线圈卷绕成邻接的凸极呈相互不同的极性，因此可缓和磁场分布的偏重，可减小电机驱动时线圈感应引起的反电压的波形歪斜。通过将各凸极组内的凸极的配置角度设定成，与永久磁铁的配置角度一致、凸极与永久磁铁的相位一致、能获得高控制性的角度和将凸极等间隔地配置于定子铁心全周时的角度一致、能将齿槽效应扭矩控制成最小的角度之间的所希望的角度，就可获得与所要求的控制性和齿槽效应扭矩特性相对应的电机。
另外，当各凸极组内的凸极的配置角度与在定子铁心的全周等间隔配置凸极时的角度不相同的场合，由于各凸极组之间夹着开槽相互邻接的凸极的前端部分别伸长，故可缓和永久磁铁所引起的磁通的磁路的磁导变化，减小齿槽效应扭矩，可抑制定子铁心和转子铁心中的铁损发生，并且还可抑制转子铁心的永久磁铁中的涡电流发生，减轻热发生，可抑制永久磁铁的减磁，故可实现效率高且减小齿槽效应扭矩的电机。
以上说明的本发明的具体实施例，是以表明本发明的技术内容为其目的，不是对技术范围的限定，在以下权利要求书所述的范围内，可以作出多种多样的变更实施。
(第1实施例)
参照图1、图2说明本发明的电机的第1实施例。为了说明本实施例的电机结构，图1、图2是用与电机的回转中心轴垂直的面剖切的主要部剖面图。图1、图2中，电磁钢板层叠构成的定子铁心1具有多个凸极2，在该凸极2上卷绕着线圈3。线圈3的结构是3相线圈，各相在图示例中由3个线圈3构成。这些同相的3个线圈3配置在连续的位置上，并且，正中的线圈3相对两邻的线圈3，卷绕成反向的卷绕方向。将这种卷绕方法的3个线圈3串联或并联连接，各相的线圈组以电气角度120(deg)的相位差进行配置。这样，凸极组I、II、III分别由卷绕有同相的线圈3的1组凸极2所构成。即，与3相线圈相对应，3个凸极组I、II、III以隔开电气角度120(deg)的间隔进行配置。另外，在3相线圈的场合，凸极组以3个的倍数、隔开电气角度120(deg)的间隔进行配置。
另一方面，在电磁钢板层叠构成的转子铁心4上，等间隔埋入配置有多个永久磁铁5，构成转子12，在绕回转中心O可自由回转的状态下，与凸极2的内周面之间稍许隔有间隙地配置。
在各凸极组I、II、III内相邻凸极2之间的角度θs(deg)如图1所示，将永久磁铁5的极数作为P，将凸极2的总数作为T，可设定成与永久磁铁5的配置角度θmg(deg)一致的360/P(deg)和沿定子铁心1全周等间隔配置凸极2时的角度360/T(deg)之间的任意角度。图1的图示例中，表示的是将相邻凸极2之间的角度θs(deg)作为与永久磁铁5的配置角度θmg(deg)相等的360/P(deg)的状态，图2的图示例，表示的是将相邻凸极2的之间的角度θs(deg)作为沿定子铁心1全周等间隔配置凸极2的360/T(deg)的状态。
在图1、图2的图示例中，图示的是将定子11上的U·V·W的3相线圈1式作为1组、该线圈组数为1、每1相线圈的槽数为3个(3叉)、9槽、构成转子的永久磁铁为10个即10极的电机，但本发明不限定于这种3叉·线圈组数1·9槽·10极的电机。
本发明的电机可采用n叉·线圈组数s·T槽·P极的电机。此场合，n、s均为正的整数，槽数T为(n×s)，转子极数P为大于槽数T的偶数，并且在3相线圈时，规定成应满足下列公式的值。
P＝2×(s(±1+3k))且(k＝正的整数)
并且，若设定成P是大于T值中的最小值(P＞T)时，可提高体积效率，故较佳。
采用该关系式来决定极数。另外，作为具体例可详见表1。
【表1】
叉数(n) 线圈组数(s) 组数(3s) 槽数(T) 极数(P) 2 1 3 6 8 2 2 6 12 16 2 3 9 18 24 2 4 12 24 32 3 1 3 9 10 3 2 6 18 20 3 3 9 27 30 3 4 12 36 40 4 1 3 12 14 4 1 3 12 16 4 2 6 24 28 4 2 6 24 32 5 1 3 15 16 5 1 3 15 20 5 1 3 15 22
叉数(n) 线圈组数(s) 组数(3s) 槽数(T) 极数(P) 5 2 6 30 32 5 2 6 30 40 6 1 3 18 20 6 1 3 18 22 6 1 3 18 26 6 2 6 36 40 7 1 3 21 22 7 1 3 21 26 7 1 3 21 28
上列公式是根据在各凸极组的线圈3中的电流依次流过U、V、W时能顺利回转的条件所作出的规定。即，若将磁铁的极对数作为P/2，则通过使转子回转，由磁铁感应引起的的感应电压波形Be可用下列公式表示。
Be＝sin(p/2×θ)
式中，因是3相电机，故U、V、W各自以电气角度120(deg)错位。因此，当以电气角度120(deg)错位地向各相线圈通电时，只要使转子以相同角度朝同一方向回转即可。由此，只要下列公式成立即可。
sin(p/2×(θ+120/s))＝sin(p/2×θ±120+360k)
该公式表示：当感应电压函数(转子)从某一时刻的Be＝0来到电气角度120(deg)错开的位置(公式表现的是机械角)时，若在定子侧的别的轴上，与120(deg)(U、V、W的任1个)错开的位置相同，则即使依次在从U至V、从V至W的120(deg)错开的位置通电，转子位置(感应电压函数Be)也始终是相同的电气值，可以顺利地进行1回转，以上就是对该公式所作的整理。
本实施例的转子12，由转子铁心4和沿转子铁心4周向等间隔埋入的多个大致V字状的永久磁铁5构成，转子12的定子相对面与定子11的转子相对面以具有微小的间隙的形式对置，可绕回转轴中心O进行回转。因此，利用该埋入的永久磁铁5，在转子12的定子相对部形成了磁通较易通过的部分和较难通过的部分。即，通过形成了磁阻小的部分和比其磁阻大的部分，在q轴方向的电感与d轴方向的电感间产生差异，可发生磁阻扭矩，使发生扭矩高扭矩化。
如上所述，因P＞T，永久磁铁5的配置角度小于凸极2的平均配置角度，故如图1所示，将永久磁铁5的周向的有效宽度作为d1，将凸极2前端部的周向宽度作为d2，可设定成d1≤d2，实际就是这样设定的.这样，由于永久磁铁5的全体必然与凸极2的前端部重合，因此感应电压波形成为了正弦波状，可防止感应电压的波形歪斜，可提高电压的控制性，较佳.
上述结构的电机，因构成了集中卷绕永久磁铁型电机，故可发生高扭矩，并且，在各凸极组I、II、III内，将该线圈3卷绕成邻接的凸极2、2呈相互不同的极性，因此可缓和磁场分布的偏重，可减小电机驱动时线圈3感应引起的反电压的波形歪斜，可抑制定子铁心1和转子铁心4中的铁损发生。另外，对于转子铁心4中的永久磁铁5，因抑制了涡电流的发生，故可减少由其所引起的热发生，可抑制永久磁铁的减磁，实现高效率的电机。
在以上结构的电机中，若使各凸极组内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度θmg(＝360/P(deg))一致，则凸极2与永久磁铁5的相位一致，可获得高控制性，另一方面，若使凸极2的配置角度θs(deg)与沿定子铁心1的全周等间隔配置凸极2时的角度(＝360/T(deg))一致，则可使齿槽效应扭矩成为最小。这样，按照所要求的控制性和齿槽效应扭矩特性，将凸极2的配置角度θs(deg)在360/P(deg)与360/T(deg)之间任意设定，即可获得具有所希望的特性的电机。
(第2实施例)
下面参照图3说明本发明的电机的第2实施例。在以下的实施例的说明中，对于与前述的实施例同一的构成要素，标记同一参照符号，省略其说明，主要是对不同点作出说明。
图3中，本实施例中，当各凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度不是360/T(deg)即、360/P(deg)≤θs(deg)＜360/T(deg)的场合，将各凸极组I、II、III内的凸极2、2间的开槽角度os1(deg)与凸极2的配置角度θs(deg)的关系，设定成满足下列公式，
θs/5(deg)＞os1≥θs/7(deg)
通过分别对凸极组I、II、III间的邻接的凸极2、2的脚6作出调整，将凸极组I、II、III间的凸极2、2之间的开槽角度os2(deg)，设定成满足下列公式。
os2(deg)≤os1(deg)
采用这种结构，凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度θmg(deg)相等，并且，使凸极组I、II、III间的凸极2、2之间的开槽角度os2(deg)小于凸极组I、II、III内的凸极2、2之间的开槽角度os1(deg)，故可缓和永久磁铁5所引起的磁通的磁路的磁导变化，可缓和磁场能量的变化，既可维持高控制性，又可减小齿槽效应扭矩。即，在凸极组I、II、III间的凸极2的脚6各自不伸长的场合，因凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度θmg(deg)相等，故在凸极组I、II、III间的凸极2、2之间产生间隙，该中间的开槽角度os2(deg)变大，当转子12产生回转、永久磁铁5通过该开槽角度os2(deg)时，有可能会出现磁路的磁导变化增大和齿槽效应扭矩变大的现象，但在上述的结构中，可以减小齿槽效应扭矩。
另外，凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)，也可成为永久磁铁5的配置角度θmg(deg)与360/T(deg)之间的任1角度，并且，在定子铁心1的全周上的所有凸极2的前端部，对凸极2的前端部的脚6进行调整，使该配置间隔在将总凸极数T作为T时成为360/T(deg)。在此场合，前端部的脚6的长度既可以长，也可以短。采用这种结构，可进一步减小齿槽效应扭矩。
(第3实施例)
下面参照图4说明本发明的电机的第3实施例。
图4中，本实施例中，当各凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度(360/P(deg))不一致即、360/P(deg)＜θs(deg)≤360/T(deg)的场合，为了消除各凸极组I、II、III内的凸极2、2间的相位差异引起的磁通密度的差异，将各凸极2的线圈3的卷绕部分的剖面积形成以下形态即、使位于前方侧的凸极2的剖面积w2小于位于转子12的回转方向后方侧的凸极1的剖面积w1，且将位于更前方侧的凸极2的剖面积w3做成更小。
采用这种结构，可使各凸极组I、II、III内的各凸极2的磁通密度均匀化，可使卷绕于各凸极2的线圈3所发生的感应电压恒定，故可提高控制性。另外，剖面积变小的凸极2上，线圈3的绕线直径变大，可相应减少铜损，可提高效率。
(第4实施例)
下面参照图5说明本发明的电机的第4实施例。
图5中，本实施例中，当各凸极组I、II、III内的凸极2的配置角度θs(deg)与永久磁铁5的配置角度360/P(deg)不一致的场合，在凸极2上设定有360/P(deg)以内的任意角度的扭斜。图示例中，凸极2一端的配置角度为360/T(deg)，另一端的配置角度设定有形成360/P(deg)的角度β的扭斜。当然，扭斜角度可以设定成0～β的任意角度。
这样，通过在凸极2上设定有360/P(deg)以内的任意角度的扭斜，可减小凸极2与永久磁铁5的相位错位的影响，不仅能减小齿槽效应扭矩，而且特别能提高高速条件下的控制性。
(第5实施例)
参照图6A～图6B说明本发明的第5实施例的电机。
上述实施例中，对转子12只是由转子铁心4内埋入有永久磁铁的磁铁型转子所构成的例子作了说明，本实施例中，则是由转子铁心4内埋入有永久磁铁5的磁铁型转子部7和图6B所示的在转子铁心9的外周部等间隔形成有凹部10a、并形成有与永久磁铁5相同个数的凸极10的磁阻型转子8，构成了图6A所示的轴向层叠状的转子12。
采用这种结构，可更多地利用磁阻扭矩，由此可获得以下的效果即、通过将定子11的凸极2的配置角度不配置成360/P(deg)，在以齿槽效应扭矩特性一方优先于控制性的场合，虽然是尤其在高速回转时的控制性变坏，但通过利用磁阻扭矩能提高控制性，提高齿槽效应扭矩特性，并且高速时也能确保高控制性。
虽未作图示，在上述实施例中，若在凸极前端面的与转子相对的面上设置副槽，则在外观上可将该凸极的前端部的极性细分为S极·N极·S极，故在发生高扭矩的同时能减小扭矩波动，可更加减小齿槽效应扭矩。此时的副槽形状不限定于矩形状，也可是圆弧状。另外，不限定于对于1个凸极形成1个副槽，也可是对于1个凸极形成多个副槽。
另外，上述实施例中，若在凸极的前端面的与转子相对的面上设置切除部，以使在其周向端部附近远离转子铁心的定子相对面，则可进一步缓和凸极的磁场能量的变化，可更加减小齿槽效应扭矩。
另外，上述实施例中，若转子构造由以下的转子铁心构成即、与永久磁铁大致相同形状、且具有比永久磁铁的厚度小的宽度的切口设置在永久磁铁的位置的与定子侧的相反侧，则可利用更多的磁阻扭矩.
另外，在以上的实施例中，对定子11的内部配置有回转自如的转子12的内转子型的电机例子作了说明，本发明的电机，也可适用于定子的外周配置有回转自如的环状转子的外转子型的电机，并且，显然它具有相同的作用效果。
上述本发明的各实施例的电机，通过应用于PEV(纯电瓶车)、HEV(复合动力汽车)、FCEV(燃料电池汽车)等的电动汽车驱动用的电机，可实现使驱动电机更加小型·高效率，低噪音和控制性良好，搭载这种电机的电动汽车，可实现车室内更加宽大，1次充电的行驶距离更长，发动时的振动·噪音更低的电动汽车。另外，在将上述电机应用于设在家用电器、机器人等内部的驱动用电机时，也能发挥同样的效果。
综上所述，本发明，因构成了集中卷绕永久磁铁型电机，故可发生高扭矩，并且，在各凸极组内，将该线圈卷绕成邻接的凸极呈相互不同的极性，因此可缓和磁场分布的偏重，可减小电机驱动时线圈感应引起的反电压的波形歪斜。通过将各凸极组内的凸极的配置角度设定成，与永久磁铁的配置角度一致、凸极与永久磁铁的相位一致、能获得高控制性的角度和将凸极等间隔地配置于定子铁心全周时的角度一致、能将齿槽效应扭矩控制成最小的角度之间的所希望的角度，就可获得与所要求的控制性和齿槽效应扭矩特性相对应的电机。
另外，当各凸极组内的凸极的配置角度与在定子铁心的全周等间隔配置凸极时的角度不相同的场合，由于各凸极组之间夹着开槽相互邻接的凸极的前端部分别伸长，故可缓和永久磁铁所引起的磁通的磁路的磁导变化，减小齿槽效应扭矩，可抑制定子铁心和转子铁心中的铁损发生，并且还可抑制转子铁心的永久磁铁中的涡电流发生，减轻热发生，可抑制永久磁铁的减磁，故可实现效率高且减小齿槽效应扭矩的电机。
以上说明的本发明的具体实施例，是以表明本发明的技术内容为其目的，不是对技术范围的限定，在以下权利要求书所述的范围内，可以作出多种多样的变更实施。