專利名稱：電動機及用于該電動機的電力供應控制裝置的制作方法
技術領域：
1本發(fā)明涉及使用由永磁體產(chǎn)生的吸引力的電動機，還涉及用于該電動 機的電力供應控制裝置。
背景技術：
2在使得車輛的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，例如面裝式永磁電動機 (SPM電動機)用作驅(qū)動單元。近些年來，對于更有效和更高功率電動轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的需求也在日益增長。然而，如果電動機產(chǎn)生更高功率，那么電動 機損失扭矩、定位轉(zhuǎn)矩以及電動機慣性(系統(tǒng)慣性)將隨著電動機產(chǎn)生的 功率的增長而成比例地增長。因而，駕駛員感受到的操縱感降低。3盡管電動機轉(zhuǎn)矩中的波動影響了操縱感，這種轉(zhuǎn)矩波動還是能夠通過 控制以反饋方式供應到電動機的電流而得到控制。然而，因為當電力未供 應到電動機時不能執(zhí)行反饋控制，所以當電力未供應到電動機時出現(xiàn)的電 動機損失轉(zhuǎn)矩可能造成操縱感降低，例如駕駛員的方向盤無意中轉(zhuǎn)動。在 電力未供應到電動機時，同樣可能產(chǎn)生定位轉(zhuǎn)矩。因此，定位轉(zhuǎn)矩還造成 操縱感降低，因為當電力未供應到電動機時不能執(zhí)行反饋控制。此外，這 種電動機損失轉(zhuǎn)矩和定位轉(zhuǎn)矩隨著電動機的輸出而成比例地增加。這妨礙 了電動機效率和電動機輸出功率的提高。
4此外，高功率電動機需要在轉(zhuǎn)子和定子中具有大量磁路。這增加了轉(zhuǎn) 子的體積和轉(zhuǎn)動慣量。因此，在電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，執(zhí)行補償控制以減小由 于這種慣性造成的轉(zhuǎn)矩波動。然而，由于電動機的時間常數(shù)或者傳感器的 性能，不能執(zhí)行完全的補償。在此情況下，當慣性小時，對此波動的補償 足以使得駕駛員感受到轉(zhuǎn)矩波動。然而，如果慣性大時，慣性將會影響操 縱感。
5日本專利申請文獻No. 2004-236369 (JP-A-2004-236369)描述了一種開關磁阻電動機(SR電動機)，該開關磁阻電動機產(chǎn)生高功率并且減小
定位轉(zhuǎn)矩。在JP-A-2004-236369所描述的電動機中，在定子的圍繞轉(zhuǎn)子的 內(nèi)表面上沿著周向設置有多個凸極部分，線圈繞著所述凸極部分巻繞并且 所述凸極部分向內(nèi)延伸，并且永磁體埋在線圈繞其巻繞的凸極部分中。當 電力供應到線圈時，由于線圈產(chǎn)生的磁通量和永磁體產(chǎn)生的磁通量所合成 的磁通量，轉(zhuǎn)子收到強烈的磁性吸力的吸引。從而，獲得高轉(zhuǎn)矩。為了減 小定位轉(zhuǎn)矩，采用下列結構。在該結構中，永磁體埋在凸極部分中靠近該 凸極部分的背朝轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向的側(cè)部的位置處，并且永磁體的磁極面朝向 凸極部分的內(nèi)部。
6然而，即使具有JP-A-2004-236369所描述的結構，由于設置在轉(zhuǎn)子的 凸極部分處的永磁體，定子和轉(zhuǎn)子之間還是存在貫通磁通量。因此，定位 轉(zhuǎn)矩不合適地減小。因而，即使這種電動機用在電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，操縱感 還是未得到改善。

發(fā)明內(nèi)容
7本發(fā)明抑制由于當電力未供應到電動機時出現(xiàn)的定位轉(zhuǎn)矩等的轉(zhuǎn)矩波 動。
8本發(fā)明的第一方面涉及一種電動機，其包括定子，該定子具有形成磁 路的中空圓環(huán)形體，其中，偶數(shù)個定子磁極以有規(guī)律的間隔沿該環(huán)形體的 周向設置，并且所述定子磁極從所述環(huán)形體的內(nèi)面沿徑向向內(nèi)突出。電動 機還包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子與所述定子同軸地設置，形成磁路，其中，所述轉(zhuǎn) 子具有轉(zhuǎn)子磁極，所述轉(zhuǎn)子磁極從所述轉(zhuǎn)子的外面沿徑向向外突出，并且 當所述轉(zhuǎn)子在預定的轉(zhuǎn)動位置時，所述轉(zhuǎn)子磁極面朝所述定子磁極。所述 電動機還包括永磁體，其設置在位于連續(xù)的定子磁極之間的偶數(shù)個極間 磁路部分內(nèi)的交替的極間磁路部分中，從而產(chǎn)生沿周向指向的磁場；和線 圈，其繞著其余的未設置有永磁體的交替的極間磁路部分巻繞，從而產(chǎn)生
與永磁體所產(chǎn)生的磁場相反的磁場。
9根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在所述環(huán)形體的內(nèi)面上形成偶數(shù)個定子磁 極，并且永磁體和線圈交替地設置在位于連續(xù)的定子磁極之間的極間磁路部分處。極間磁路部分的數(shù)目等于定子磁極的數(shù)目。在這些極間磁路部分 之間，在交替的極間磁路部分中設置有永磁體，并且線圈繞著未設置有永 磁體的極間磁路巻繞。永磁體設置為產(chǎn)生沿著所述環(huán)形體的周向指向的磁 場。線圈繞著極間磁路部分巻繞，使得當電力供應到所述線圈時，該磁場 與永磁體所產(chǎn)生的磁場相反。例如，如果有兩個定子磁極，則形成兩個極 間磁路部分。在此情況下，永磁體設置在其中一個極間磁路部分中，線圈 繞著另一個極間磁路部分巻繞。如果定子磁極的數(shù)目是四個或更多，永磁 體設置在交替的極間磁路部分中。永磁體設置為使得永磁體所產(chǎn)生的磁場 沿同一方向指向。
10因此，當電力未供應到線圈時，磁通量由于永磁體所產(chǎn)生的磁場而沿 著環(huán)形磁體的周向流動，并且磁通量不會從定子磁極朝向轉(zhuǎn)子泄漏。當電 力供應到線圈時，在繞其巻繞有線圈的極間磁路部分中產(chǎn)生與永磁體所產(chǎn) 生的磁場相反的磁場。因此，永磁體所產(chǎn)生的磁場的磁通量以及線圈所產(chǎn) 生的磁場的磁通量彼此結合，并從定子磁極流向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁極。S卩，永 磁體所產(chǎn)生的磁場被線圈所產(chǎn)生的相反的磁場所推回。于是，產(chǎn)生從極間 磁路部分經(jīng)過定子磁極、轉(zhuǎn)子磁極、轉(zhuǎn)子磁體、相鄰的轉(zhuǎn)子磁極、相鄰的 定子磁極到極間磁路部分的磁通量的流動。類似地，線圈所產(chǎn)生的磁場被 永磁體所產(chǎn)生的磁場推回。于是，產(chǎn)生從極間磁路部分經(jīng)過定子磁極、轉(zhuǎn) 子磁極、轉(zhuǎn)子磁體、相鄰的轉(zhuǎn)子磁極、相鄰的定子磁極到極間磁路部分的 磁通量的流動。
11因此，當電力未供應到線圈時，磁極之間(定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極之 間)的磁通量的流動受到抑制，這防止產(chǎn)生定位轉(zhuǎn)矩和損失轉(zhuǎn)矩。從而， 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，當電力未供應到線圈時，可以抑制轉(zhuǎn)矩波動。
12在本發(fā)明的第一方面中，所述轉(zhuǎn)子可相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸對稱。由此結
構，可以防止沿垂直于轉(zhuǎn)軸的方向指向的力變得不平衡，從而，減小噪音
和振動。
13在本發(fā)明的第一方面中，所述定子和轉(zhuǎn)子可以是軟磁體。這提高了電
動機的效率(從電動機輸出的能量與輸入到電動機中的能量的比值)。14在本發(fā)明的第一方面中，每個定子和轉(zhuǎn)子都可通過堆疊多個磁性鋼片所形成，每個磁性鋼片都厚達1毫米。由此結構，可以合適地減小渦流損 失和滯后損失。因而，電動機實現(xiàn)高效率。15在本發(fā)明的第一方面中，當定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極彼此面對并且定子磁 極和轉(zhuǎn)子磁極的中心線重合時，定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙的長度將 會隨著定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極的中心線之間的距離的增加而增加。在此情況 下，定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極的彼此面對的端面可以是形成虛擬圓柱面的一部 分的弧面，所述虛擬圓柱面包括定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極中的一者的端面，所 述虛擬圓柱面的軸線可相對于轉(zhuǎn)軸的中心沿徑向偏移，使得氣隙在周向上 的長度隨著中心線之間的距離的增加而增加。
16由此結構，相對于轉(zhuǎn)子移動的量，轉(zhuǎn)矩適當?shù)睾推交刈兓?。轉(zhuǎn)子磁
極和定子磁極隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而彼此靠近和彼此原理。當轉(zhuǎn)子磁極和定子 磁極在彼此相對的同時朝向彼此運動時，轉(zhuǎn)矩的變化增加。因而，形成具 有較小轉(zhuǎn)矩波動的電動機。
17在本發(fā)明的第一方面中，沿徑向向內(nèi)凹入的凹槽可在形成定子磁極的
位置處形成于定子的環(huán)形體的外面中。18由此結構，當永磁體所產(chǎn)生的磁場被線圈所產(chǎn)生的磁場推回時，凹槽
引導磁通量朝向定子磁極流動。因此，當電力供應到線圈時，磁通量被合
適地傳遞到轉(zhuǎn)子，這使得在磁極之間可以有效地產(chǎn)生吸力。此外，環(huán)形體
的重量得以減小。
19在本發(fā)明的第一方面中，在繞其巻繞有線圈的極間磁路部分處的環(huán)形 體的半徑可以大于在其中設置有永磁體的極間磁路部分處的環(huán)形體的半 徑。
20由此結構，當電力供應到線圈時，更易于引導永磁體的沿環(huán)形體的周 向流動的磁通量朝向定子磁極，因為在設置有永磁體的極間磁路部分以及 繞其巻繞有線圈的極間磁路部分之間環(huán)形體的半徑不同。因而，當電力供 應到線圈時，可以合適地朝向轉(zhuǎn)子引導磁通量，這使得可以在磁極之間有 效地產(chǎn)生吸力。此外，得以確保在環(huán)形體內(nèi)側(cè)上用于巻繞線圈的更大的空 間，因為在繞其巻繞有線圈的極間磁路部分處的環(huán)形體的半徑大于在設置 有永磁體的極間磁路部分處的環(huán)形體的半徑。這減小了銅損。21本發(fā)明的第二方面涉及一種組合電動機，該組合電動機包括至少三個 基本模塊，每個基本模塊都是由根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電動機所形成。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在該處定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極朝向彼此的轉(zhuǎn)動位置 處每個基本模塊之間相差一個大致相等的相位差。
22由此結構，可以恒定地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而不論轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動角速 度。即，當電動機僅由一個基本模塊形成時，如果轉(zhuǎn)子停止在某一轉(zhuǎn)動角 處，電動機可能不能啟動。然而，在這些基本模塊之間的磁極的相位在轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動的方向上彼此偏移，使得吸力能夠平均地(以有規(guī)律的轉(zhuǎn)動角度間 隔)產(chǎn)生。因此，不會出現(xiàn)這種不便。從而，組合電動機能夠有效地應用 于系統(tǒng)作為電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在該電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動機轉(zhuǎn)矩是必需的， 即使在電動機的轉(zhuǎn)動角速度為零一一即電動機停止時也是如此。
23在本發(fā)明的第二方面中，所述至少三個基本模塊可以沿轉(zhuǎn)軸延伸的方 向彼此連接，并且在連續(xù)的基本模塊之間保持有氣隙。
24由此結構，可以防止磁通量在基本模塊之間泄漏，這減小了轉(zhuǎn)矩波 動。
25本發(fā)明的第三方面涉及一種電力供應控制裝置，其對供應到根據(jù)本發(fā) 明第二方面的組合電動機的電力進行控制。該電力供應控制裝置包括轉(zhuǎn) 動角傳感器，其檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角；以及電力供應裝置，其用于根據(jù)所述 轉(zhuǎn)動角傳感器測得的轉(zhuǎn)動角在每個基本模塊的相位差等于由下列等式表示 的電角度——為360。/n的電角度時將電力供應到所述基本模塊的線圈。這 里，"n"表示基本模塊的數(shù)目，360。的電角度相當于將360。的機械角度 除以一個基本模塊的磁極數(shù)目"m"所得到的值。
26由此結構，電力被供應到所述基本模塊達一段時間，在此期間，所述 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過預定轉(zhuǎn)動角，并且電力在每個基本模塊都不同的時間時被供應 到基本模塊的線圈。這使得可以在順時針方向或逆時針方向合適地轉(zhuǎn)動電 動機。
27根據(jù)本發(fā)明的第四方面，根據(jù)本發(fā)明的第二方面的組合電動機在使得 車輛的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用作驅(qū)動單元。由此設置，操縱感得以 改善，因為當電力未供應到線圈是轉(zhuǎn)矩波動相當小的電動機用在電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。


28從參照附圖對示例實施例進行的下面描述中，可以明白本發(fā)明的前述 和其它目的、特征和優(yōu)點，其中相同或相應的部分將由相同的附圖標記表 示，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的基本模塊的橫截面圖，這通過沿所述基 本模塊將其徑向切開而獲得；
圖2A和2B是示出基本模塊中磁通量分布的視圖3是示意性地示出電動機的視圖4A到4C是示出基本模塊之間相位差的視圖5A和5B是示出轉(zhuǎn)矩特性相對于電動機的轉(zhuǎn)動角的視圖6A和6B是示出定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極之間位置關系的視圖7是示意性地示出電力供應控制裝置的視圖8是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的改進實例的電力供應控制 裝置的視圖9是示出當轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)動時電力被供應到每個基本模塊的 時間期間的正時曲線圖10是示出當轉(zhuǎn)子沿逆時針方向轉(zhuǎn)動時電力被供應到每個基本模塊 的時間期間的正時曲線圖11是示出供應到根據(jù)本發(fā)明的實施例的改進實例的電動機的波形 的視圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的改進實例的磁極之間的氣隙的形 狀的視圖13A到13C是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的改進實例的磁極的端部肩 臺部分的形狀的視圖14A和14B是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的改進實例的環(huán)形體中形成 凹槽的視圖15是根據(jù)本發(fā)明的實施例的改進實例的環(huán)形體的部分放大視圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的實施例的改進實例的基本模塊的橫截面視圖， 這通過沿所述基本模塊將其徑向切開而獲得；以及 圖17是示意性地示出電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的視圖。
具體實施例方式
29此后，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動機和用于該電動機
的電力供應控制裝置。如圖3所示，通過將三個基本模塊IO (第一基本模 塊IOA、第二基本模塊10B和第三基本模塊10C:這些基本模塊將被總稱 為基本模塊10)沿軸向彼此連接而形成根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動機1。 電動機1用作電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動單元，這將在稍后詳細描述。首先，將 描述基本模塊10。圖1示出形成根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動機1的基本模 塊10?；灸K10包括固定到電動機殼11的定子20以及設置在定子20 中從而可將軸12用作轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子30。
30定子20由中空圓環(huán)形體21形成，所述環(huán)形體具有四個一體模制的定 子磁極22a、 22b、 22c和22d。定子磁極22a、 22b、 22c和22d沿環(huán)形體 21的周向以有規(guī)律的間距形成于環(huán)形體21的內(nèi)面上。定子磁極22a、 22b、 22c和22d沿環(huán)形體21的徑向從環(huán)形體21的內(nèi)面向內(nèi)突出。在定子 20中，能夠形成磁路。在本發(fā)明的實施例中，定子20通過沿軸向重疊多 個磁性鋼片而形成中空的圓柱形狀，每個磁性鋼片都被壓成預定形狀(每 個磁性鋼片由軟磁材料制成，并且厚達1毫米)。每個定子磁極22a、 22b、 22c和22d形成為齒形。定子磁極22a、 22b、 22c和22d以有規(guī)律的 間隔設置，使得其端部定位于與環(huán)形體21同軸的虛擬圓柱面上。
31永磁體24ab和24cd緊緊地埋在環(huán)形體21中。永磁體24ab埋在定子 磁極之間的環(huán)形磁路部分23ab (此后，稱之為"極間磁路部分23ab") 中，該環(huán)形磁路部分23ab是環(huán)形體21在定子磁極22a和定子磁極22b之 間的一部分。永磁體24cd埋在定子磁極之間的環(huán)形磁路部分23cd (此 后，稱之為"極間磁路部分23cd")中，該環(huán)形磁路部分23cd是環(huán)形體 21在定子磁極22c和定子磁極22d之間的一部分。這兩個永磁體24ab和 24cd指向為使得產(chǎn)生沿著環(huán)形體21周向的相同方向的磁場。即，兩個永磁體24ab和24cd設置為永磁體24ab的南極和永磁體24cd的北極在環(huán)形 體的磁路上彼此相對。在本發(fā)明的實施例中，這兩個永磁體24ab和24cd 設置為使得產(chǎn)生圖1中的沿逆時針方向指向的磁場。線圈25ad和25bc繞 定子磁極之間的環(huán)形磁路部分巻繞，所述環(huán)形磁路部分中既未埋有永磁體 24ab，也未埋有永磁體24cd。線圈25ad繞定子磁極之間的環(huán)形磁路部分 23ad (此后，稱之為"極間磁路部分23ad")巻繞，該環(huán)形磁路部分23ad 是環(huán)形體21在定子磁極22a和定子磁極22d之間的一部分。線圈25bc繞 定子磁極之間的環(huán)形磁路部分23bc (此后，稱之為"極間磁路部分 23bc")巻繞，該環(huán)形磁路部分23bc是環(huán)形體21在定子磁極22b和定子 磁極22c之間的一部分。兩個線圈25ad和25bc分別繞極間磁路部分23ad 和23bc巻繞，使得在電力供應到線圈25ad和25bc時，產(chǎn)生與永磁體24ab 和24cd所產(chǎn)生的磁場相反的磁場。在本發(fā)明的實施例中，線圈25ad和 25bc分別繞極間磁路部分23ad和23bc巻繞，使得產(chǎn)生在圖1中沿順時針 方向指向的磁場。下面將描述線圈25ad和25bc的電力控制電路。
32在環(huán)形體21中，永磁體24ab和24cd與線圈25ad和25bc交替地設 置。永磁體24ab、永磁體24ab、線圈25ad和線圈25bc分別設置在極間磁 路部分23ab、 23cd、 23ad和23bc處。極間磁路部分23ab、 23bc、 23cd和 23ad形成四個磁極22a、 22b、 22c和22d之間的磁路。此后，當不必區(qū)分 兩個永磁體24ab和24cd時，這兩個永磁體將被總稱為永磁體24。同樣， 當不必區(qū)分兩個線圈25ad和25bc時，這兩個線圈將總稱為線圈25。當不 必區(qū)分四個極間磁路部分23ab、 23cd、 23ad和23bc時，這些極間磁路部 分將被總稱為極間磁路部分23。同樣，不必區(qū)分四個磁極22a、 22b、 22c 和22d時，這些磁極將被總稱為磁極22。
33磁極22的數(shù)目不限于四個。定子20可設置有任意偶數(shù)個定子磁極 22。此外，在環(huán)形體21中，永磁體24埋在這些偶數(shù)個極間磁路部分23中 的位于連續(xù)的定子磁極22之間的交替的極間磁路部分23中，使得產(chǎn)生沿 周向指向的磁場。此外，線圈25繞著未設置有永磁體24的交替的極間磁 路部分23巻繞，使得產(chǎn)生與永磁體24所產(chǎn)生的磁場相反的磁場。在此情 況下，如果定子磁極22是兩個，永磁體24將埋在其中一個極間磁路部分23中，而線圈25將繞著另一個極間磁路部分23巻繞。釹基磁鐵可用作永 磁體24。永磁體24的磁力設定為僅通過兩個永磁體24的磁力，在環(huán)形體 21中獲得90%或以上的飽和磁通量。
34轉(zhuǎn)子30由圓柱形的中心磁路部分31形成，其具有四個一體模制的轉(zhuǎn) 子磁極32a、 32b、 32c和32d。中心磁路部分31固定到軸12，軸12以可 轉(zhuǎn)動的方式配合到電動機殼11。轉(zhuǎn)子磁極32a、 32b、 32c和32d沿周向以 有規(guī)律的間隔形成于中心磁路部分31的外面上。轉(zhuǎn)子磁極32a、 32b、 32c 和32d從中心磁路部分31的外面沿徑向向外突出。轉(zhuǎn)子30相對于轉(zhuǎn)軸對 稱，并與定子20同軸。與定子20中一樣，轉(zhuǎn)子30中也能形成磁路。在本 發(fā)明的實施例中，轉(zhuǎn)子30通過沿軸向重疊多個磁性鋼片而形成，每個磁 性鋼片都被壓成預定形狀(每個磁性鋼片由軟磁材料制成，并且厚達1毫 米)。此后，當不必區(qū)分四個轉(zhuǎn)子磁極32a、 32b、 32c和32d時，這些轉(zhuǎn) 子磁極將被總稱為轉(zhuǎn)子磁極32。每個轉(zhuǎn)子磁極32a、 32b、 32c和32d都形 成為齒形。轉(zhuǎn)子磁極32的數(shù)目與定子磁極22的數(shù)目相等。當轉(zhuǎn)子30位于 預定轉(zhuǎn)動角時，這些轉(zhuǎn)子磁極32朝向定子磁極22。
35在基本模塊20中，在定子磁極22和轉(zhuǎn)子磁極32之間保持有具有預定 長度的氣隙。在包括具有外徑達100毫米的定子20的基本模塊10中，氣 隙的平均長度可位于從0.2毫米到1.5毫米的范圍內(nèi)。
36接下來，將描述基本模塊10的操作原理。圖2A和2B示出了磁學分 析的結果。圖2A示出當電力未供應到線圈25時的磁通量分布。圖2B示 出當電力供應到線圈25時的磁通量分布。圖2A和2B示出了在包括磁極 的基本模塊10中的磁學分析的結果，這些磁極的尺寸與圖1中示出的基 本模塊10的磁極的尺寸略微不同。然而，在圖1中示出的基本模塊10中 能夠獲得大體相同的結果。如圖2A所示，當電力未供應到線圈25時，永 磁體24所產(chǎn)生的磁場形成環(huán)形磁路，磁通量沿著環(huán)形體21的周向流動而 經(jīng)過該環(huán)形磁路。因此，磁通量不會從定子磁極22朝向轉(zhuǎn)子23泄漏。從 而，在此情況下幾乎不產(chǎn)生電動機損失轉(zhuǎn)矩和定位轉(zhuǎn)矩。
37當電力同時供應到兩個線圈25時，如圖2B所示，在繞其巻繞有線圈 25的極間磁路部分23中產(chǎn)生與永磁體24所產(chǎn)生的磁場相反的磁場。接著，已經(jīng)沿著環(huán)形體21的周向流動的永磁體24的磁通量的方向發(fā)生改
變。從而，由永磁體24所產(chǎn)生的磁場的磁通量和由線圈所產(chǎn)生的磁場的 磁通量彼此結合，然后從定子磁極22流動到轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)子磁極32。艮卩， 永磁體24ab所產(chǎn)生的磁場被沿永磁體24ab所產(chǎn)生的磁場的方向與該永磁 體24ab相鄰的線圈25ad所產(chǎn)生的相反的磁場推回。然后，產(chǎn)生從極間磁 路部分23ab經(jīng)過定子磁極22a、轉(zhuǎn)子磁極32a、轉(zhuǎn)子中心磁路部分31、轉(zhuǎn) 子磁極32b和定子磁極22b到極間磁路部分23ab的磁通量的流動。同樣， 永磁體24cd所產(chǎn)生的磁場被沿永磁體24cd所產(chǎn)生的磁場的方向與該永磁 體24cd相鄰的線圈25bc所產(chǎn)生的相反的磁場推回。然后，產(chǎn)生從極間磁 路部分23cd經(jīng)過定子磁極22c、轉(zhuǎn)子磁極32c、轉(zhuǎn)子中心磁路部分31、轉(zhuǎn) 子磁極32d和定子磁極22d到極間磁路部分23cd的磁通量的流動。
38線圈25ad所產(chǎn)生的磁場被沿線圈25ad所產(chǎn)生的磁場的方向與該線圈 25ad相鄰的永磁體24ab所產(chǎn)生的相反的磁場推回。然后，產(chǎn)生從極間磁 路部分23ad經(jīng)過定子磁極22a、轉(zhuǎn)子磁極32a、轉(zhuǎn)子中心磁路部分31、轉(zhuǎn) 子磁極32d和定子磁極22d到極間磁路部分23ad的磁通量的流動。同樣， 線圈25bc所產(chǎn)生的磁場被沿線圈25bc所產(chǎn)生的磁場的方向與該線圈25bc 相鄰的永磁體24cd所產(chǎn)生的相反的磁場推回。然后，產(chǎn)生從極間磁路部分 23bc經(jīng)過定子磁極22c、轉(zhuǎn)子磁極32c、轉(zhuǎn)子中心磁路部分31、轉(zhuǎn)子磁極 32b和定子磁極22b到極間磁路部分23bc的磁通量的流動。
39因此，在基本模塊10中，通過有效地使用永磁體24和線圈25的磁 力，高量級的磁通量在磁極之間(在定子磁極22和轉(zhuǎn)子磁極32之間)經(jīng) 過。這使得即使緊湊的基本模塊IO也能夠產(chǎn)生大的吸力。此外，因為既 沒有永磁體也沒有線圈安裝到轉(zhuǎn)子30，所以慣性遠低于DC無刷電動機、 SPM電動機或IPM電動機(一種嵌入式磁性同步電動機)的慣性。轉(zhuǎn)子 30具有偶數(shù)個轉(zhuǎn)子磁極32，這些轉(zhuǎn)子磁極以有規(guī)律的間隔設置并相對于 軸12對稱。因此，能夠使得沿著垂直于軸12的方向指向的合力為零。這 抑制了噪音和振動。此外，當轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)動時，在磁極之間的所有部分的 有規(guī)律的間隔處產(chǎn)生吸力。而且，因為轉(zhuǎn)子30和定子20由軟磁材料制 成，電動機效率得以提高。在本發(fā)明的實施例中，沿周向觀察時，每個定子磁極22和每個轉(zhuǎn)子磁極32的端部都是兩邊對稱的。因此，吸力的大小 是相對于定子磁極22的中心兩邊對稱的，從而，無論電動機是沿順時針 方向還是沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，都能得到同樣的結果。因此，基本模塊10 適合作為在橫向操縱車輪的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用的電動機。
40因為磁極之間的氣隙的長度大于或等于0.2毫米，所以可以防止在電 力未供應到線圈25時磁通量朝向轉(zhuǎn)子30泄漏。這最小化了環(huán)形體21的橫 截面。而且，因為氣隙的長度小于或等于1.5毫米，所以合適地改變吸力 和產(chǎn)生足夠大小的吸力之間的平衡得以最優(yōu)地保持，這使得當微笑的電流 流經(jīng)線圈25時，易于控制磁通量的大小。
41形成基本模塊10的軟磁體通過重疊多個電磁鋼片而形成，每個電磁 鋼片厚達1毫米。因此，可以合適地減小渦流損失和滯后損失。因而，電 動機實現(xiàn)高效率。
42因為將釹基磁鐵用作埋在環(huán)形體21中的永磁體24，所以獲得強磁 力，從而基本模塊IO的尺寸可以減小。在基本模塊10中，永磁體24的磁 通量的流動方向由供應到線圈25的電力改變?yōu)槌蜣D(zhuǎn)子磁極32的方向。 因此，環(huán)形體21和用在磁通量飽和點附近。線圈25所能有效產(chǎn)生的磁通 量的強度與永磁體24的磁力成正比。因而，定子20的尺寸與通過將2乘 以磁力的平方(2X (磁力的平方)所獲得的值成反比。因此，通過使用 產(chǎn)生強磁力的釹基磁鐵，減小了基本模塊10的尺寸。即使供應到線圈的 電流小，也能產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子30的磁力。
43接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動機1，其中三個基本模塊 10彼此連接。如圖3所示，通過使得第一基本模塊IOA、第二基本模塊 10B和第三基本模塊10C沿軸線彼此連接——即通過將各個基本模塊10 的轉(zhuǎn)子30固定到用作由三個基本模塊IO共用的轉(zhuǎn)軸的軸12而形成電動機 1。在本發(fā)明的實施例中，在電動機1中使用三個基本模塊10。然而，基 本模塊10的數(shù)目不限于三個。當電動機1用在電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中時，基本 模塊10的數(shù)目可以增加。
44如圖4A、 4B和4C所示，各個基本模塊10的轉(zhuǎn)子30以轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn) 子磁極32保持對齊的方式固定到軸12。同時，基本模塊10的定子20以定子20之間的定子磁極33的位置沿轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)動的方向彼此偏移30°的機 械角度的方式固定到電動機殼11。 BP，定子磁極22的相位沿轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)動 的方向彼此偏移，使得在轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)動時，基本模塊10 (以有規(guī)律的轉(zhuǎn)動 角間隔)產(chǎn)生均勻的吸力。該相位差是通過將360。除以一個基本模塊的磁 極的數(shù)目以及基本模塊的數(shù)目的乘積得到的值(360°/ (—個基本模塊的磁 極的數(shù)目X基本模塊的數(shù)目))。在本發(fā)明的實施例中，因為每個基本模 塊具有四個磁極，有三個基本模塊，基本模塊IO之間的相位差是30。。相 位差設定為當轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生均勻的吸力，即磁極之間的吸力在整個 基本模塊10中以預定的轉(zhuǎn)動角間隔產(chǎn)生。因此，基本模塊IO之間的定子 磁極的位置無需彼此以有規(guī)律的間隔偏移。在基本模塊10之間的轉(zhuǎn)子30 的相位可以彼此偏移?？蛇x地，在基本模塊10之間的定子20和轉(zhuǎn)子30的 相位都可以彼此偏移。
45提供基本模塊10，使得定子磁極22和轉(zhuǎn)子磁極32之間的相對相位彼 此以有規(guī)律的間隔偏移，使得可以恒定地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而與轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)動 角和轉(zhuǎn)動角速度無關。BP，當電動機僅由一個基本模塊10形成時，如果 轉(zhuǎn)子30停止在某一轉(zhuǎn)動角處，電動機可能不能啟動。然而，在基本模塊 10之間的磁極的相位沿著轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)動的方向彼此偏移，從而產(chǎn)生均勻的 吸力。因此，不會產(chǎn)生這種不便。從而，作為電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即使電動機 的轉(zhuǎn)動角速度為零，即，即使電動機停止，也能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
46如圖3所示，氣隙G被保持在連續(xù)的基本模塊10之間。氣隙G防止 磁通量在基本模塊10之間泄漏。因而，減小轉(zhuǎn)矩波動。
47檢測轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)動角(機械角度)的轉(zhuǎn)動角傳感器14配合到電動機 1的軸12。如圖7所示，對供應到基本模塊IO的線圈的電力進行控制的電 力供應控制裝置40連接到電動機1。電力供應控制裝置40包括電動機控 制器41和開關部分42，電動機控制器41主要由微型計算機形成并計算電 動機控制量(供應到電動機的電力的量)，開關部分根據(jù)來自于電動機控 制器41的控制信號將電力從電力供應單元B供應到線圈25。電動機控制 器41從操縱轉(zhuǎn)矩傳感器58接收轉(zhuǎn)矩信號Tr并從車速傳感器(未示出)接 收車速信號V，并計算與電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所需的輔助轉(zhuǎn)矩相對應的目標電力供應量，其中該操縱轉(zhuǎn)矩傳感器58檢測如圖17中示出的駕駛員的方向盤 51的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩。電動機控制器41還根據(jù)來自于轉(zhuǎn)動角傳感器14的轉(zhuǎn)動角 0確定將電力供應到線圈25的時間期間。開關部分42包括設置在基本模 塊10的線圈25和電力供應單元B之間的開關元件Sl、 S2和S3。例如 MOS-FET (金屬氧化物場效應晶體管)用作開關元件S1、 S2和S3。除了 開關部分42，還可形成包括六個開關元件Sl、 S2、 S3、 S4、 S5和S6的 開關部分43，如圖8所示。
48接下來，將描述由電力供應控制裝置40所執(zhí)行的供應到電動機1的 電力的控制。下面將描述將電力供應到每個基本模塊10的線圈25的時間 期間。下面將不提供根據(jù)用于電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輔助轉(zhuǎn)矩對電力供應量的控 制的描述。下面的描述基于電力供應量保持恒定的假定而提供。
49圖6A和6B解釋了基本模塊10中轉(zhuǎn)子磁極32相對于定子磁極22的 運動。第一基本模塊10A的定子磁極22的中心線與下一轉(zhuǎn)子磁極32的中 心線下一次重合處的轉(zhuǎn)動角是360。的電角度。因此，當一個基本模塊10 的磁極數(shù)目"m"時，將360。的機械角度除以"m"得到的值等于360°的 電角度。在本發(fā)明的實施例中，90。的機械角度相當于360。的電角度。
50圖9示出當轉(zhuǎn)子30沿順時針方向轉(zhuǎn)動時電力供應到每個基本模塊10 的線圈25的期間。如圖9所示，從電角度為180。直到電角度為360°的時 間段期間，電力供應到第一基本模塊10A的線圈25。電力開始供應到第 二基本模塊10B的線圈25的時間從電力開始供應到第一基本模塊10A的 時間偏移一個與用360°除以基本模塊IO的數(shù)目"n"得到的相位相等的電 角度(360°/n)。在本發(fā)明的實施例中，因為基本模塊10的數(shù)目"n"為 三，電力開始供應到第二基本模塊10B的線圈25的時間從電力開始供應 到第一基本模塊10A的線圈25的時間偏移一個120。的電角度。電力開始 供應到第三基本模塊10C的線圈25的時間從電力開始供應到第二基本模 塊10B的線圈25的時間偏移一個與第一基本模塊10A和第二基本模塊 IOB之間相同的相位差。這種到線圈25的電力供應優(yōu)選地以矩形波的方式 執(zhí)行。
51圖IO示出當轉(zhuǎn)子30沿順時針方向轉(zhuǎn)動時電力供應到每個基本模塊10的線圈25的期間。從電角度為0。直到電角度為180。的時間段期間，電力 供應到第一基本模塊10A的線圈25。電力開始供應到第二基本模塊10B 的線圈25的時間從電力開始供應到第一基本模塊10A的時間偏移一個與 用360。除以基本模塊10的數(shù)目"n"得到的相位相等的電角度 (360°/n)。同樣，電力開始供應到第三基本模塊10C的線圈25的時間從 電力開始供應到第二基本模塊10B的線圈25的時間偏移一個與第一基本 模塊IOA和第二基本模塊IOB之間相同的相位差。52從而，供應到每個基本模塊10的線圈的電力開始于達到預定的電動 機轉(zhuǎn)動角的預定時間，并且持續(xù)的時間段為直到達到另一預定電動機轉(zhuǎn)動 角時。從而，無論轉(zhuǎn)子30沿順時針方向還是沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，都會產(chǎn) 生轉(zhuǎn)矩。通過分別調(diào)節(jié)開關部分42的開關元件Sl、 S2和S3的占空比來 對供應到基本模塊10的線圈25的電流的大小進行控制。目卩，當電力基于 電動機轉(zhuǎn)動角以矩形波的方式供應到線圈時，開關元件S1、 S2和S3以與 以矩形波的方式供應到線圈25的電力的間隔相比極其短的間隔接通和斷 開。通過分別調(diào)節(jié)開關元件Sl、 S2和S3的占空比來改變供應到線圈25 的電流值。
53電力可以以梯形波的方式供應到線圈25，如圖11所示。g卩，每隔一 個預定的時間段，電流值就在該時間段的每個開始和結束階段以預定速率 改變，在該時間段內(nèi)電力供應到線圈25。在此情況下，供應到一個基本模 塊10的線圈的電流升高的時間段以及供應到另一個基本模塊10的線圈的 電流降低的時間段彼此重疊。從而，以下列方式增大供應到線圈的電流 其中表示電流的線是傾斜的，這種增大減小了磁通量中的變化。因此，電 動機效率得以提高。
54圖5A和5B示出了當電動機沿順時針方向轉(zhuǎn)動時基本模塊10中產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩相對于電動機轉(zhuǎn)動角的過渡情形。圖5A示出在第一基本模塊10A 中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。圖5B示出在模塊IOA、 IOB和IOC中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以及這 些轉(zhuǎn)矩合成的轉(zhuǎn)矩。如圖5B可見，通過將模塊IOA、 IOB和10C中產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩加到一起，在任一電動機轉(zhuǎn)動角都可以獲得恒定的轉(zhuǎn)矩。
55這里所描述的電動機1和電力供應控制裝置40可在用于車輛的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中用作驅(qū)動單元。如圖17所示，電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向輔助轉(zhuǎn)矩 供應到轉(zhuǎn)向機構50中，該轉(zhuǎn)向機構包括由駕駛員轉(zhuǎn)動的駕駛員的方向盤
51、固定到駕駛員的方向盤51的轉(zhuǎn)向軸52、沿車體的車輛寬度方向運動 的齒條53、將轉(zhuǎn)向軸52的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成齒條53的運動的齒條齒輪機構54 以及將齒條53的橫向運動轉(zhuǎn)換到相應車輪W的轉(zhuǎn)向節(jié)臂55的轉(zhuǎn)向橫拉桿 56。電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括配合到轉(zhuǎn)向軸52的減速齒輪57、與減速齒輪57嚙 合并將轉(zhuǎn)矩供應到轉(zhuǎn)向軸52的電動機1、檢測供應到轉(zhuǎn)向軸52的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn) 矩的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩傳感器58以及對供應到電動機1的電力進行控制的電力供 應控制裝置40。
56如上所述，通過將電動機1用于電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即使產(chǎn)生高功率，既 不會產(chǎn)生損失轉(zhuǎn)矩也不會產(chǎn)生滯后轉(zhuǎn)矩，還使得電動機慣性保持較低。此 夕卜，使得多個基本模塊IO彼此結合，抑制了電動機1被驅(qū)動時的轉(zhuǎn)矩波 動。因而，通過所述電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即使實現(xiàn)高功率輸出和高效率，駕駛 員感受到的操縱感也不會降低。
57接下來，將描述基本模塊10的結構的改進實例。首先，將描述基本 模塊10的轉(zhuǎn)子磁極32和定子磁極22的端部形狀的改進實例。圖12示出 根據(jù)本實施例的改進實例的轉(zhuǎn)子磁極132和定子磁極122的端部形狀。在 改進實例中，在彼此面向?qū)Ψ降霓D(zhuǎn)子磁極132和定子磁極122之間保持的 氣隙沿周向的長度隨著到磁極的中心線的距離的增加而增加。在改進實例 中，定子磁極122的端面形成為弧面，所述弧面形成與轉(zhuǎn)子30共用轉(zhuǎn)動 軸心Ol并且半徑為Rl的虛擬圓柱面的一部分。同時，轉(zhuǎn)子磁極132的端 面形成為弧面，所述弧面形成軸心在中心02并且半徑為R2的虛擬圓柱面 的一部分，該中心02相對于轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)動軸心Ol沿徑向向外偏移距離 5。
58通過這種結構，與轉(zhuǎn)子30移動的量相比，轉(zhuǎn)矩緩慢并且平滑地變 化。在轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子磁極132和定子磁極122彼此靠近并且相互遠 離。當轉(zhuǎn)子磁極132和定子磁極122彼此面向?qū)Ψ蕉鄬\動時，轉(zhuǎn)矩的 變化減小。例如，如果通過使用圖5中示出的轉(zhuǎn)矩特性來表示轉(zhuǎn)矩的變 化，獲得最大轉(zhuǎn)矩的區(qū)域"t"能夠形成為平坦的。因而，形成具有較小轉(zhuǎn)矩波動的電動機。在改進實例中，轉(zhuǎn)子磁極132的端面彎曲處的角度較 大。可選地，定子磁極的端面彎曲處的角度可以較小。S卩，形成定子磁極 的端面的弧面可以是虛擬圓柱面的一部分，該虛擬圓柱面的軸心在相對于
轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)動軸心Ol沿與定子磁極的距離增大的方向偏移的位置處。而
且，定子磁極的端面也可做成平坦的。
59接下來，將描述基本模塊10的轉(zhuǎn)子磁極32和定子磁極22的端部肩臺 部分的形狀的改進實例。圖13A、 13B和13C分別示出根據(jù)三個改進實例 的轉(zhuǎn)子磁極232、 332和432。在圖13A、 13B和13C中，轉(zhuǎn)子磁極232、 332和432的端部是沿軸向從前部觀察的。圖13A中的轉(zhuǎn)子磁極232通過 切割每個端部肩臺部分而形成，使得端部肩臺部分的截面具有弧形。形成 有弧面P1 (形成半徑為R的虛擬圓柱面的一部分的弧面)?；∶鍼1的半 徑R遠小于形成轉(zhuǎn)子磁極232的端面的中央部分的弧面(形成所述虛擬圓 柱面的一部分的弧面)的半徑。圖13B中示出的轉(zhuǎn)子磁極332通過斜切每 個端部肩臺部分使得形成斜面P2而形成。圖13C中示出的轉(zhuǎn)子磁極432 通過將每個端部肩臺部分斜切成兩部分使得形成斜面P3和P4而形成。根 據(jù)這些改進實例，可使得吸力相對于轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)動量的初始改變特性較 為合適。
60例如，在圖5A中的轉(zhuǎn)矩特性中，在轉(zhuǎn)矩增加區(qū)域"s"中轉(zhuǎn)矩增加的 速率可以通過調(diào)節(jié)磁極端部肩臺部分的形狀而調(diào)節(jié)。當多個基本模塊10 結合使用時，在轉(zhuǎn)矩增加期間，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的時間段彼此重疊。因此，在本 實施例的改進實例中，轉(zhuǎn)子磁極32的每個端部肩臺部分被切成預定形 狀。從而，獲得合適的轉(zhuǎn)矩特性，并且形成具有較小轉(zhuǎn)矩波動的電動機。 端部肩臺部分的形狀不限于這些改進實例中描述的那些形狀。例如，端部 肩臺部分的形狀可通過結合多個弧面、將端部肩臺部分斜切成三個或多個 部分或者既形成弧面又斜切端部肩臺部分而形成?？蛇x地，定子磁極22 的端部肩臺部分可以被切成預定形狀。進一步可選地，轉(zhuǎn)子磁極32和定 子磁極22的端部肩臺部分都可以被切成預定形狀。
61接下來，將描述基本模塊10中定子20的環(huán)形體21的改進實例。圖 14A和14B示出了根據(jù)改進實例的形成有定子磁極22的定子20的部分。圖14A示出第一改進實例，圖14B示出第二改進實例。在第一改進實例 中，沿徑向向內(nèi)凹入的凹槽26在定子磁極22形成的位置處形成于環(huán)形體 21的外面中。在第二改進實例中，沿徑向向內(nèi)凹入的凹槽27在定子磁極 22形成的位置處形成于環(huán)形體21的外面中。在第一改進實例中，凹槽26 是V形截面并且由兩個斜面26a和26b限定的空間。在第二改進實例中， 凹槽27是大體上為V形截面并且由兩個弧面27a和27B (每個弧面都形 成半徑為R的虛擬圓柱面的一部分)限定的空間。在第一和第二改進實例 中，每個凹槽26和27的中心可與定子磁極22的中心線重合。
62根據(jù)這些改進實例，當永磁體24所產(chǎn)生的磁場被線圈25所產(chǎn)生的磁 場推回時，限定凹槽26的斜面26a和26b或者限定凹槽27的弧面27a和 27B將磁通量的流動朝向定子磁極22引導。因此，當電力供應到線圈25 時，能夠使得磁通量合適地朝向轉(zhuǎn)子流動。因而，磁極之間的吸力能夠有 效地產(chǎn)生。此外，環(huán)形體21的重量得以減輕。
63接下來，將參照圖15和16描述基本模塊10的環(huán)形體21的改進實 例。環(huán)形體121的半徑(內(nèi)徑和外徑)在形成定子磁極22的邊界處變 化。環(huán)形體21在每個繞其分別巻繞有線圈25ad和25bc的極間磁路部分 23ad和23bc處的外徑R2大于在每個分別埋有永磁體24ab和24cd的極間 磁路部分23ab和23cd處的外徑Rl。在此情況下，因為每個極間磁路部分 23沿徑向的寬度是相同的，所以環(huán)形體21在極間磁路部分23ad和23bc 處的內(nèi)徑大于在極間磁路部分23ab和23cd處的內(nèi)徑。即，在環(huán)形體121 中，在形成定子磁極22的邊界處，環(huán)半徑改變預定長度，該環(huán)半徑是沿 周向連接極間磁路部分23沿徑向的中心的直線到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸之間的距 離。
64從而，環(huán)形體21到軸心的距離在分別設置有永磁體24ab和24cd的極 間磁路部分23ab和23cd處以及繞其分別巻繞有線圈25ad和25bc的極間 磁路部分23ad和23bc處不同。因此，當電力供應到線圈25時，更容易引 導永磁體24的沿著環(huán)形體121的周向流動的磁通量朝向定子磁極22。因 而，當電力供應到線圈25時，使得磁通量合適地朝向轉(zhuǎn)子30流動，并且 能夠在磁極之間有效地產(chǎn)生吸力。此外，因為環(huán)形體21在每個繞其分別巻繞有線圈25ad和25bc的極間磁路部分23ad和23bc處的半徑大于環(huán)形 體21的在每個分別埋有永磁體24ab和24cd的極間磁路部分23ab和23cd 處的半徑，所以確保在環(huán)形體121的內(nèi)側(cè)具有用于線圈25的更大的空 間。因為轉(zhuǎn)子30設置在環(huán)形體121的內(nèi)側(cè)上，所以用于線圈25的空間嚴 格受限。然而，根據(jù)改進實例，這種不便被最小化。
65盡管已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動機和用于該電動機的電力 供應控制裝置，應該理解的是，本發(fā)明絕不限于所述實施例。相反，本發(fā) 明意圖覆蓋本發(fā)明范圍內(nèi)的多種改進和等同形式。
66例如，根據(jù)本發(fā)明的電動機和用于該電動機的電力供應控制裝置用于 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。然而，這種電動機和電力供應控制裝置也可合適地用于 其它設備中。而且，基本模塊的數(shù)目和磁極的數(shù)目可根據(jù)具體應用而合適 地選定。
權利要求
1、一種電動機，其包括定子，該定子具有形成磁路的中空圓環(huán)形體，其中，偶數(shù)個定子磁極以有規(guī)律的間隔沿該環(huán)形體的周向設置，并且所述定子磁極從所述環(huán)形體的內(nèi)表面沿徑向向內(nèi)突出；和轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子與所述定子同軸地設置，形成磁路，其中，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子磁極，所述轉(zhuǎn)子磁極從所述轉(zhuǎn)子的外表面沿徑向向外突出，并且當所述轉(zhuǎn)子位于預定的轉(zhuǎn)動位置時，所述轉(zhuǎn)子磁極面向形成于所述定子上的所述定子磁極，其特征在于所述電動機包括永磁體，該永磁體設置在位于連續(xù)的定子磁極之間的偶數(shù)個極間磁路部分中交替的極間磁路部分中，從而產(chǎn)生沿所述環(huán)形體的周向指向的磁場；和線圈，該線圈永磁體繞著其余的未設置永磁體的所述交替的極間磁路部分卷繞，從而產(chǎn)生與所述永磁體所產(chǎn)生的磁場相反的磁場。
2、 如權利要求l所述的電動機，其中 所述電動機相對于所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸對稱。
3、 如權利要求l或2所述的電動機，其中 所述定子和所述轉(zhuǎn)子是軟磁體。
4、 如權利要求3所述的電動機，其中每個所述定子和所述轉(zhuǎn)子分別通過堆疊多個磁性鋼片形成，每個磁性 鋼片都厚達1毫米。
5、 如權利要求l一4中任一項所述的電動機，其中當所述定子磁極和所述轉(zhuǎn)子磁極彼此面對并且所述定子磁極和所述轉(zhuǎn) 子磁極的中心線重合時，所述定子磁極和所述轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙的長度 隨著離所述定子磁極和所述轉(zhuǎn)子磁極的中心線沿周向的距離的增加而增 加。
6、 如權利要求5所述的電動機，其中所述定子磁極和所述轉(zhuǎn)子磁極的彼此面對的端面是部分地形成虛擬圓柱面的弧面，并且其中其表面包括所述定子磁極和所述轉(zhuǎn)子磁極中的一者的端面的所述虛擬 圓柱的軸線相對于所述轉(zhuǎn)軸的中心沿徑向偏移。
7、 如權利要求1一6中任一項所述的電動機，其中沿徑向向內(nèi)凹入的凹槽在形成所述定子磁極的位置處形成于所述定子 的所述環(huán)形體的外表面中。
8、 如權利要求l一7中任一項所述的電動機，其中供所述線圈繞其巻繞的所述極間磁路部分處的所述環(huán)形體的半徑大于 在其中設置有所述永磁體的所述極間磁路部分處的所述環(huán)形體的半徑。
9、 如權利要求l一8中任一項所述的電動機，其中所述電動機在用于將轉(zhuǎn)向力供應到車輛的轉(zhuǎn)向輪的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中用 作驅(qū)動單元。
10、 一種組合電動機，所述組合電動機包括至少三個基本模塊，每個基本模塊都是由如權利要求l一8中任一項 所述的電動機所形成，其中在所述定子磁極和所述轉(zhuǎn)子磁極朝向彼此的轉(zhuǎn)動位置處每個基本模塊 之間相差一個大致相等的相位差。
11、 如權利要求10所述的組合電動機，其中 所述至少三個基本模塊沿轉(zhuǎn)軸延伸的方向彼此連接，并且 在連續(xù)的所述基本模塊之間保持有氣隙。
12、 一種電力供應控制裝置，其對供應到如權利要求10或11中所述 的組合電動機的電力進行控制，其特征在于，所述電力供應控制裝置包 括轉(zhuǎn)動角傳感器，其檢測所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角；以及電力供應裝置，其用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)動角傳感器測得的轉(zhuǎn)動角，在每個 基本模塊相差與由下述等式表示的電角度對應的相位差時，向所述基本模塊的線圈供應電力，上述等式為360°/n的電角度，其中"n"表示所述基 本模塊的數(shù)目，360。的電角度對應于將360。的機械角度除以一個基本模塊 的磁極數(shù)目(m)所得到的值。
13、 如權利要求10或11中所述的組合電動機，其中 所述組合電動機將轉(zhuǎn)向力供應到車輛的轉(zhuǎn)向輪的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動單元。
14、 一種電動機，其包括定子，該定子具有形成磁路的中空圓環(huán)形體，其中，偶數(shù)個定子磁極 以有規(guī)律的間隔沿該環(huán)形體的周向設置，并且所述定子磁極從所述環(huán)形體 的內(nèi)面沿徑向向內(nèi)突出；禾口轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子與所述定子同軸地設置，形成磁路，其中，所述轉(zhuǎn)子具 有轉(zhuǎn)子磁極，所述轉(zhuǎn)子磁極從所述轉(zhuǎn)子的外面沿徑向向外突出，并且當所 述轉(zhuǎn)子在預定的轉(zhuǎn)動位置時，所述轉(zhuǎn)子磁極面朝形成于所述定子上的所述 定子磁極，永磁體，其設置在位于連續(xù)的定子磁極之間的偶數(shù)個極間磁路部分內(nèi) 的交替的極間磁路部分中，從而產(chǎn)生沿所述環(huán)形體的周向指向的磁場；和 線圈，其繞著其余的未設置有永磁體的交替的極間磁路部分巻繞，從而產(chǎn) 生與永磁體所產(chǎn)生的磁場相反的磁場。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動機及用于該電動機的電力供應控制裝置。在定子(20)的環(huán)形體(21)內(nèi)，在位于偶數(shù)個定子磁極(22)之間的交替的極間磁路部分(23)中設置有永磁體(24)，從而產(chǎn)生沿環(huán)形體(21)的周向指向的磁場。線圈(25)繞著未設置有永磁體(24)的交替的極間磁路部分(23)卷繞，從而產(chǎn)生與永磁體(24)所產(chǎn)生的磁場相反的磁場。當電力未供應到線圈(25)時，由永磁體(24)形成環(huán)形磁路，從而，磁通量不會泄漏到轉(zhuǎn)子。當電力供應到線圈(25)時，永磁體(24)的磁場的磁通量和線圈(25)的磁場的磁通量彼此結合并從定子磁極(22)流到轉(zhuǎn)子(30)的轉(zhuǎn)子磁極(32)，從而獲得強大的吸力。
文檔編號H02K21/38GK101416372SQ200780012171
公開日2009年4月22日 申請日期2007年4月3日 優(yōu)先權日2006年4月4日
發(fā)明者山下正治 申請人:豐田自動車株式會社