CN105009415B - 多重多相绕组交流电动机及电动助力转向装置 - Google Patents

多重多相绕组交流电动机及电动助力转向装置 Download PDF

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Abstract

本发明的多重多相绕组交流电动机包括：电枢铁心，该电枢铁心具备多个齿和多个槽；电枢绕组，该电枢绕组具备卷绕于所述齿并收纳于所述槽的多组多相绕组；多个电动机驱动装置，该多个电动机驱动装置与多组所述多相绕组单独对应地相连接；以及场磁极铁心，该场磁极铁心包括隔着空隙与所述电枢铁心相对地相对配置的多个场磁极，所述场磁极铁心包括阻碍其圆周方向的磁通流通的多个磁阻要素。

Description

多重多相绕组交流电动机及电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及具备多重化及多相化了的电枢绕组，且构成为在场磁极和电枢相对的间隙中各绕组共用磁路的多重多相绕组交流电动机、及利用该多重多相绕组交流电动机的电动助力转向装置。
背景技术
近年来，在搭载于汽车等车辆的交流电动机中，为了提高车内的安静性、驾驶员的转向感，对低噪音化、低振动化的要求正不断提高。
专利文献1中公开了如下技术：对于无刷电动机的电枢绕组，以电角度[(360×P)/(s×2)]的槽距对两个不同的三相绕组进行多重化并卷绕，其中P为极数、s为槽数，并以与该槽距相对应的相位差角度进行通电，同时在定子和转子之间利用电角度设定为所述槽间的相位差角度的两倍的磁偏移，从而降低无刷电动机所产生的电角度6次、12次分量的转矩波动，并使电动机的振动、噪音减少。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-157236号公报
发明概要
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1所示的现有技术那样的以电角度[(360×P)/(s×2)]的槽距对两个不同的三相绕组进行多重化并卷绕，其中P为极数、s为槽数，并将电角度[(360×P)/(s×2)]作为相位差角度进行通电的情况下，多重化后的绕组在场磁极和电枢之间的间隙中共用磁路，并进行磁耦合(因互感而产生的磁耦合)，由此，因多重化后的绕组中的一部分绕组进行通电而产生的磁通与其它绕组交链，与其它绕组产生干扰电压。
即，如上述那样多重化后哦的绕组不相互电连接，但通过多重多相绕组交流电动机所构成的磁电路发生磁耦合，能处于变压器的初级侧和次级侧那样的耦合状态。由此，具有多重绕组的多重多相绕组交流电动机的多组绕组发生磁耦合，因此相互产生干扰电压。
通常，交流电动机的矢量控制在场磁极的d轴、q轴上分别独立地进行电流控制，但在具有所述多重化了的绕组的多重多相绕组交流电动机中，所述干扰电压相互作用，作为对电流控制***的外扰来作用。该干扰电压与各绕组电流的微分值成比例，因此具有电流越高速地响应，该干扰电压变得越大的性质，与以往的单一绕组电动机的电流控制相比，无法提高电流控制***的响应。此外，因此具有如下问题：即、电流中产生波动分量，并产生转矩波动。
本发明是为了解决以往的多重多相绕组交流电动机中的上述问题而完成的，其目的在于提供一种多重多相绕组交流电动机及具备该多重多相绕组交流电动机的电动助力转向装置，该多重多相绕组交流电动机能在提高电流控制***的响应性的同时，降低因电流的波动分量而引起的转矩波动。
解决技术问题的技术方案
本发明的多重多相绕组交流电动机包括：
电枢铁心，该电枢铁心具备多个齿和多个槽；电枢绕组，该电枢绕组具备卷绕于所述齿并收纳于所述槽的多组多相绕组；多个电动机驱动装置，该多个电动机驱动装置与多组所述多相绕组个别对应地相连接；以及场磁极铁心，该场磁极铁心包括隔着空隙与所述电枢铁心相对地相对配置的多个场磁极，
所述场磁极铁心包括阻碍其圆周方向的磁通流通的多个磁阻要素。
本发明的电动助力转向装置的特征在于，由所述多重多相绕组交流电动机产生辅助转矩。
发明效果
本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机的场磁极铁心具备阻碍其圆周方向的磁通流通的多个磁阻要素，因此多个绕组组间的互感的q轴分量Mq相比自感Lq相对地减小，互感相对于自感的比率Mq/Lq降低，从而能降低电动机的绕组组间的相互干扰，能提高电流控制***的响应，降低因电流的波动分量而引起的转矩波动。
根据本发明的电动助力转向装置，由于具备所述多重多相绕组交流电动机，因此能降低转矩波动并提高驾驶员的转向感，并能提高搭载电动助力转向的车辆的安静性。并且，提高了多重多相绕组交流电动机的输出，因此能使电动助力转向小型化、轻量化，并能使搭载电动助力转向的车辆小型化、轻量化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢绕组的连接的说明图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的群间的电枢绕组的等效电路的说明图。
图3是用于说明本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的q轴的电路结构的说明图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的结构的剖视图。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢绕组的绕组图案的剖视图。
图6是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机和电动机驱动装置的连接的说明图。
图7是将本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图。
图8将本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图，示出了磁体按压桥接部分的磁通的路径。
图9将本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图，示出了对第一绕组组的V相绕组或第二绕组组的V相绕组进行通电时所产生的磁通的主要路径。
图10是表示在本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中，当改变切口最小间隔θ或每隔电角度180°的切口个数k时第一绕组组的自感Lq1分量与磁耦合Mq12/Lq1分量的曲线。
图11是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的磁电路上的主要路径进行说明的说明图。
图12是在本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中将电枢和场磁极直线状地展开后的说明图，是表示当对电枢绕组V1接通电流Iv1时，贯穿磁体的磁通的路径的说明图。
图13是对图11中的磁通φv(1)和磁通φv(2)的磁电路上的主要路径的磁阻进行说明的说明图。
图14是在本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中，作为切口的磁阻Rslit的内容，对横切切口的短路磁路的磁阻R1及避开切口并通过场磁极铁心的迂回磁路的磁阻R2进行说明的说明图。
图15是在本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中，表示当将切口占圆周方向的宽度设为h1、占内径方向的深度设为h2时，磁阻Rslit相对于h2/h1的曲线。
图16是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的变形例的结构的剖视图。
图17是将本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的变形例的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图。
图18是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的结构进行说明的说明图。
图19是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的其它结构进行说明的说明图。
图20是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的另一其它结构进行说明的说明图。
图21是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的另一不同结构进行说明的说明图。
图22是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的另一其它结构进行说明的剖视图。
图23是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中，对第一及第二绕组组接通电流的示例的曲线。
图24是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的转矩的波动分量进行说明的曲线。
图25是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的转矩的波动分量的频率分析结果的曲线。
图26是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的转矩的波动分量进行说明的曲线。
图27是表示本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机的结构的剖视图。
图28是将本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图。
图29是表示在本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中，当改变切口最小间隔θ或每隔电角度180°的切口个数时第一绕组组的自感Lq1分量与磁耦合Mq12/Lq1分量的曲线。
图30是对本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的磁电路上的主要路径进行说明的说明图。
图31是对本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的其它结构进行说明的说明图。
图32是表示本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的磁通路径的说明图。
图33是对本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的另一其它结构进行说明的剖视图。
图34是对本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的其它结构进行说明的说明图。
图35是表示本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中，将场磁极绕组用作场磁极的情况的剖视图。
图36是表示本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中，将场磁极作为具有突起部的磁阻电动机的情况的剖视图。
图37是表示本发明的实施方式3所涉及的电动助力转向装置的说明图。
具体实施方式
实施方式1.
下面，基于附图对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机进行说明。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢绕组的连接的说明图，图1(a)表示双重三角形连接的情况，图1(b)表示双重y连接的情况。在双重三角形连接的情况下，如图1(a)所示，第一绕组组100通过对三相的U向绕组U1(以下简称为绕组U1)、V相绕组V1(以下简称为绕组V1)、W相绕组W1(以下简称为绕组W1)进行三角形连接而构成，第二绕组组200通过对三相的U向绕组U2(以下简称为绕组U2)、V相绕组V2(以下简称为绕组V2)、W相绕组W2(以下简称为绕组W2)进行三角形连接而构成。
另一方面，在双重Y连接的情况下，如图1(b)所示，第一绕组组100通过对三相的绕组U1、绕组V1、绕组W1进行Y连接而构成，第二绕组组200通过对三相的绕组U2、绕组V2、绕组W2进行Y连接而构成。在双重三角形连接、双重Y连接任一种的情况下，第一绕组组100和第二绕组组200以偏移的方式收纳在定子的槽内，使得相互具有电角度30度的相位差。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的绕组组间的电枢绕组的等效电路的说明图，示出了双重化配置后的三角形连接或Y连接的三相绕组中，第一绕组组100的绕组U1和第二绕组组200的绕组U2的等效电路。图2所示的绕组U1中，vu1是端子电压、iu1是电流、R1是电阻、ve1是感应电压、lm1是漏电感。绕组U2中，vu2是端子电压、iu2是电流、R2是电阻、ve2是感应电压、lm2是漏电感。M12是互感，n是绕组U1和绕组U2的匝数比。由此，双重化配置后的三角形连接或Y连接的三相绕组中，第一绕组组100的绕组U1和第二绕组组200的绕组U2的等效电路与变压器的等效电路等同。
另外，图2所示的各值中，特别是漏电感lm1、lm2、M12与通常的电动机控制所使用的值不同，表示并列配置的多重的二相间的电感。一般，在具有多重绕组的多重多相绕组交流电动机中，并列的绕组的匝数相同，因此为[n＝1]。并且，绕组V1和绕组V2、绕组W1和绕组W2、绕组U1和绕组V2、绕组U1和绕组W2、绕组V1和绕组U2、绕组V1和绕组W2、绕组W1和绕组U2、绕组W1和绕组V2的等效电路也与图2相同，因此在三相的特性相等的情况下，即使从三相的U相、V相、W相在场磁极d轴、q轴上进行坐标变化，该d轴和q轴上的等效电路与图2所示的等效电路相同。
由此，具有多重绕组的多重多相绕组交流电动机的多组绕组通常发生磁耦合，因此相互产生干扰电压。在将具有U相、V相、W相的三相多重绕组电动机的等效电路坐标转换成场磁极d轴和q轴时，各个相的等效电路的结构与上述那样与图2的等效电路相同，但将该q轴的等效电路以框图形式来表示而得到的是图3。
即，图3是用于说明本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的q轴的电路结构的说明图。图3中，vq1和vq2分别是第一绕组组100和第二绕组组200的q轴电压，iq1和iq2分别是第一绕组组100和第二绕组组200的q轴电流，Lq1和Lq2分别是第一绕组组100和第二绕组组200的自感的q轴分量，Ra1和Ra2分别是第一绕组组100和第二绕组组200的绕组的电阻分量，Mq12是表示第一绕组组100和第二绕组组200各自的绕组间的干扰的互感的q轴分量。另外，自感是漏电感和互感的和。
图3中，vq12、vq21所示的电压表示来自其它组的绕组的干扰电压。图中的s表示拉普拉斯变换的微分算子。图3表示场磁极的q轴上的等效电路，但根据以上的说明可知场磁极的d轴上的等效电路也是与图3相同的结构。
这里，通常交流电动机的矢量控制在场磁极的d轴、q轴上分别独立地进行电流控制，但在具有所述多重化了的绕组的多重多相绕组交流电动机中，所述干扰电压相互作用，作为对电流控制***的外扰来作用。根据图3可知，该干扰电压与各绕组电流的微分值成比例，因此具有电流越高速地响应，该干扰电压变得越大的性质，与以往的单一绕组电动机的电流控制相比，无法提高电流控制***的响应，因此具有电流中产生波动分量，并发生转矩波动的问题。然而，本发明的实施方式1所涉及的多重多相交流电动机能解决上述那样的多重多相绕组的问题。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的结构的剖视图。该多重多相绕组交流电动机通过轴承(bearing)等固定器来保持配置，使得具备电枢的定子和具备场磁极的转子经由磁空隙相互相对。图4中，电枢1包括层叠薄板而形成的电枢铁心2和电枢绕组3。电枢铁心2包括在其内周面开口的48个等间隔配置的齿4、以及设置在这些齿4间的48个等间隔配置的槽5。电枢绕组3由收纳于各槽5中的电枢绕组所构成的第一绕组组100(参照图1)和第二绕组组200(参照图2)来构成。齿4形成为向电枢1的内周面和后述的场磁极铁心9的外周面相对的间隙即磁空隙的方向突出。在后述的N极和S极构成的磁极表面设有多个切口13。
场磁极铁心8包括8个场磁极6。这些场磁极6包括分别***到磁体孔7中的永磁体9各场磁极6的永磁体9以在相邻的场磁极间N极和S极呈交替相反的方式***于磁体孔7中，使得相邻的场磁极6的极性呈交替的相反极性。由反向配置了N极和S极的相邻的两个永磁体9构成一对磁极，场磁极铁心8作为整体具备4对场磁极6。另外，图4的各场磁极6中记号“S”和记号“N”表示各磁极的极性。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢绕组的绕组图案的剖视图。图5中，电枢绕组3分为由上述的绕组U1、绕组V1、绕组W1构成的第一绕组组100和由绕组U2、绕组V2、绕组W2构成的第二绕组组200跨多个齿4卷绕在电枢铁心2所设置的48个槽5内。此处，图5表示图4所示的多重多相绕组交流电动机的卷绕方法，各绕组中的记号“+”和记号“-”表示绕组的极性相互相反。此外，各绕组以相同匝数***到***有电枢绕组3的槽5中。
构成第一绕组组100的槽5内的电枢绕组3相互连接，且构成第二绕组组200的槽5内的电枢绕组3相互连接，但第一绕组组100和第二绕组组200间不相互连接，而是彼此电气性地分离。跨多个齿4卷绕构成一个绕组组的电枢绕组3的卷绕方法一般被称为分布绕组，通常，由于降低了电枢绕组3的磁动势的高次谐波分量，因此可获得降低转矩波动的效果。
作为本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的无刷电动机，在将场磁极6的N极和S极对占转子的圆周方向的角度设为电角度360°时，第二绕组组200相对于第一绕组组100具有电角度30°的电相位差。此外，在将场磁极6的N极和S极对在圆周方向上所占的角度设为电角度360°时，成为电枢绕组3的线圈间距设为180°的全节距绕组。槽内的电枢绕组3如图1所示那样分别进行Y连接或三角形连接并构成第一绕组组100和第二绕组组200。在上述那样双重化配置后的三相绕组中，绕组U1和绕组U2的等效电路如上述图2所示。
图6是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机和电动机驱动装置的连接的说明图。图6中，多重多相绕组交流电动机的第一绕组组100的三相的绕组U1、绕组V1、绕组W1的各端子分别与第一电动机驱动装置10的三相端子U11、V11、W11相连接。多重多相绕组交流电动机的第二绕组组200的三相的绕组U2、绕组V2、绕组W2的各端子分别与第二电动机驱动装置11的三相端子U21、V21、W21相连接。第一电动机驱动装置和第二电动机驱动装置分别由逆变器构成，配置在ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)31的内部。ECU可以与电动机形成为一体，也可以分开构成，但在图6的结构中，在将电动机和ECU分开构成的情况下需要设置6根电动机和ECU之间的连接线，并且由于连接线变长，对于尺寸、成本、重量方面均不利，在形成为一体的情况下，6根连接线可以变短，因此对于尺寸、成本、重量方面有利。
此处，上述那样的具有多重绕组的多重多相绕组交流电动机的第一绕组组100和第二绕组组200的电枢绕组彼此发生磁耦合，因此相互产生干扰电压。在将UWV的三相多重绕组电动机的等效电路坐标转换成场磁极dq轴时，各个相的等效电路的结构如上述图2所示那样，以框图形式表示其q轴的等效电路所得到的结果如上述图3所示。图3表示场磁极6的q轴上的等效电路，但场磁极6的d轴上的等效电路具有相同的结构。
利用矢量控制来控制如上所述那样构成的本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机，在场磁极dq轴上分别独立地对第一绕组组100、第二绕组组200每一个进行电流控制。然而，具有多重化后的绕组的多重多相绕组交流电动机中，如上所述那样干扰电压相互进行作用，对电流控制***作为外扰值iq11、iq21来作用。根据图3的q轴的等效电路的框图，外扰值iq11、iq21如下式(1)、式(2)那样来表示。
[数学式1]
[数学式2]
这里，iq1、iq2是第一绕组群、第二绕组群各个群的绕组的q轴电流，Ra1、Ra2是第一绕组群、第二绕组群各个群的绕组的电阻值，Lq1、Lq2是第一绕组群、第二绕组群各个群的绕组的自感的q轴分量，Mq12是表示第一绕组群、第二绕组群各个群的绕组的干扰的互感的q轴分量。因而，在电流控制的频率变高的情况下，拉普拉斯变换的微分算子s变大，或根据式(1)、式(2)可知，外扰值iq11、iq21大致分别依赖于磁耦合分量Mq12/Lq1、磁耦合分量Mq12/Lq2。在这些磁耦合分量变大的情况下，外扰值iq11、iq21变大，电流控制***的外扰变大。若外扰变大，则无法提高电流控制***的响应，因此在电流中产生波动分量，发生转矩波动。
图7是将多重多相绕组交流电动机的电枢和场磁极直线状展开后的说明图，将图4的场磁极6和与场磁极6相对的电枢1展开成直线状来表示。图8将本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图，示出了磁体按压桥接部分的磁通的路径。在除去用于对***于磁体孔7中的永磁体9进行保持的作为场磁极铁心的一部分的磁体按压桥接部分12以外，将场磁极的S极和N极构成的一对磁极占圆周方向的角度设为360°时，在场磁极铁心8的表面设有分别具有最小间隔θ°以上的间隔而配置的多个切口13。此时，将每隔电角度180°的切口13的个数设为k(k是1以上的整数)。另外，切口13设置为相对于电角度180°对称。
磁体按压桥接部12中未设置切口，但这是因为磁体按压桥接部12如图8所示那样成为漏磁通φL的路径，因此场磁极铁心8局部性地磁饱和，且磁阻增高，能获得与设置切口13的情况等同的效果。另外，在磁体按压桥接部12没有产生磁饱和的情况下，磁体按压桥接部12也可以设有切口。
图9是将本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图，图9(a)表示对第一绕组组的V相绕组接通电流时产生的磁通的主要路径，图9(b)表示对第二绕组组的V相绕组接通电流时产生的磁通的主要路径。如图9所示，多重多相绕组交流电动机具有各绕组组在场磁极铁心8和电枢铁心2之间的间隙中共用磁路的磁路共用部，且该磁路共用部配置有切口13。
根据图9可知，由对一个绕组组接通电流而产生的磁通与自身的绕组组进行交链的磁路的主要路径的距离比由对该一个绕组组接通电流而产生的磁通与其他绕组组进行交链的磁路的主要路径的距离要短，自感磁路和互感磁路一部分不同。此处，在上述那样各绕组组在场磁极铁心8和电枢铁心2相对的间隙中共用磁路的电动机与一般的磁路分离的电动机相比，能减小磁路，从而能减小电动机的体格。
图10是表示在本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中，当改变切口最小间隔θ或每隔电角度180°的切口个数时第一绕组组的自感分量Lq1与磁耦合分量Mq12/Lq1的曲线。其中，图10所示的自感分量Lq1和磁耦合分量Mq12/Lq1以未设置切口13的情况下的自感分量与磁耦合分量之间的比率来表示。
根据图10可知，相对于未设置切口13的情况，在设置有切口13的情况下磁耦合分量Mq12/Lq1有所降低，且自感分量Lq1下降。尤其可知在切口最小间隔θ在180°以下或每隔电角度180°的切口个数k在“1”以上的情况下，可知磁耦合分量Mq12/Lq1成为97％以下，降低了未设置切口13的情况的3％以上。因而，优选为设置切口13，使得切口最小间隔θ在180°以下或每隔电角度180°的切口个数k在“1”以上。同样，可知若将切口最小间隔变得更小、或将切口个数变得更多，则磁耦合分量Mq12/Lq1进一步降低。
另一方面，若切口最小间隔θ最变小，或切口个数k增多，则Lq下降。此处，一般能如下式(3)所示那样记载多重多相绕组交流电动机的转矩T。
[数学式3]
此处，φm是永磁体所产生的磁通量，id是d轴方向的电流，iq是q轴方向的电流，p表示多重多相绕组交流电动机的磁极数，Lq是d轴方向的自感分量，Lq表示q轴方向的自感分量。
在Ld＜Lq时，式(3)的第2项中的电流iq为正，电流id为负，较多的情况下转矩得到了提高，但在该情况下，若自感分量L1下降，则转矩下降。因此，多重多相绕组交流电动机中，若从提高转矩的观点出发，则优选为自感分量Lq1较大。此处，根据图10可知，若切口最小间隔θ在20°以下或切口个数k满足[7≥k≥1]，则自感分量Lq1成为未设置切口的情况的72％以上。因而，优选为切口最小间隔θ在20°以下、切口个数k满足[7≥k≥1]。
同样，可知若切口最小间隔θ更大、或切口个数k更少，则能进一步提高自感Lq1。另外，图9中示出了当对第一绕组组100接通电流时对第二绕组组200的影响，但对于当对第二绕组组200接通电流时对第一绕组组100的影响，成立与上述等同的说明。
图11是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的磁电路上的主要路径进行说明的说明图,图11(a)表示未在场磁极铁心的表面设置切口的情况(NORMALMODEL：正常模式)，图11(b)表示在场磁极铁心的表面设置切口的情况(SLIT MODEL：切口模式)。图11中，在对第一绕组组100的绕组V1接通电流Iv1时，通过该电流Iv1发生与绕组V1自身交链的磁通φv(1)、与第二绕组组200的绕组V2交链的磁通φv(2)，该第二绕组组200的绕组V2与绕组V1相邻配置。
如图12的箭头所示那样，在对绕组V1接通电流Iv1时，也发生从电枢铁心2通过场磁极铁心8的贯穿永磁体9的磁通，认为该磁通的朝着永磁体9的方向的d轴分量占主导，此处，为了考虑q轴方向的磁通，仅考虑横切场磁极铁心表面的磁通。图12是将多重多相绕组交流电动机的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图，是表示当对电枢绕组V1接通电流Iv1时，贯穿磁体的磁通的路径的说明图。
此处，磁通的交链量相对于通电量的比率为电感，自感与磁通φv(1)除以电流Iv1而得到的值成比例，互感与磁通φv(2)除以电流Iv1而得到的值成比例。因而，在接通恒定量的电流时，磁通φv(1)和磁通φv(2)的量的比成为自感与互感的比。在将多重多相绕组交流电动机的场磁极铁心8及电枢铁心2考虑为磁电路时，对电枢绕组3的通电量为恒定、即磁动势为恒定时的磁通量能由该磁电路中的磁阻大小来决定，磁阻越小，磁通量越多。
此处，图11中，对图11(a)所示的未设置切口的模型和图11(b)所示的设有切口的模型的磁阻进行比较。首先，作为磁阻的分量为电枢1和场磁极6之间的气隙(air gap)的磁阻Rgap、永磁体9的磁阻Rmag、电枢铁心2的齿4前端的槽口(slot opening)的气隙的磁阻Rleak。在设有切口13的情况下，存在因切口13而产生的气隙的磁阻Rslit。除了上述以外，电枢铁心2、场磁极铁心8中也存在磁阻分量，但在铁心不饱和的情况下，场磁极铁心8与上述气隙相比导磁率较高，因此此处进行省略。
接着，为了将未设置切口的模型与设置有切口的模型的磁通阻力进行比较，对于图11中磁通φv(1)和磁通φv(2)的主要磁电路的路径，分别计算磁通路径的磁阻RL及RM。图13是对图11中磁通φv(1)和磁通φv(2)的磁电路上的主要路径的磁阻进行说明的说明图,图11(a)表示未在场磁极铁心的表面设置切口的情况(NORMAL MODEL：正常模式)，图11(b)表示在场磁极铁心的表面设置切口的情况(SLIT MODEL：切口模式)。
图13的直流电压源E表示对第一绕组组100的绕阻V1接通电流Iv1时的磁电路上的磁动势。此处，对于图13(a)所示未设置切口的模型中的自感的磁阻分量，下式(4)成立。
[数学式4]
对于互感的磁阻分量，下式(5)成立。
[数学式5]
此处，对于通常在场磁极6的表面存在场磁极铁心8的电动机，电枢1和场磁极6之间的气隙的磁阻Rgap比槽口的磁阻Rleak要小，因此若假设Rgap＜＜Rleak，则下式成立。
[数学式6]
另一方面，对于图13(b)所示设置切口的模型中的自感的磁阻分量，下式(7)成立。
[数学式7]
对于互感的磁阻分量，下式(8)成立。
[数学式8]
此处，与上述相同，若假定电枢1和场磁极6之间的气隙Rgap及切口13的磁阻Rslit比槽口的磁阻Rleak小，
且满足[Rgap+Rslit＜Rgap+2Rslit＜＜Rleak]，则满足下式(9)，且下式(10)成立。
[数学式9]
[数学式10]
RM(Slit)＞RL(Slit) …(10)
这里，如上所述，利用磁通量来决定电感，因此在设有切口13的情况下，可知自感对于互感的磁阻变大，磁通量φv(2)相对于磁通量φv(1)变小，因此互感相对于自感的比率下降。并且，可知切口13的磁阻Rslit越大，互感相对于自感的比率越是下降。
上面对V相进行了说明，但在电枢铁心2与场磁极铁心8成为图11的相对位置的情况下，对于U相、W相也成立与上述等同的说明。上面对第一绕组组100和第二绕组组200的V相的同相间的情况进行了说明，但在电枢铁心2和场磁极铁心8成为图11的相对位置的情况下，对于UV相间、VW相间、WU相间也成立与上述等同的说明。并且，对于磁通，考虑通过场磁极铁心8的表面的磁通，但通过场磁极铁心8的表面的磁通如图12所示那样没有贯穿相当于场磁极铁心8的d轴方向的磁体中央部，能认为基本是q轴分量。因而，能认为通过场磁极铁心8的表面的磁通路径中的电感中q轴分量占主导。因而，在设置切口13的情况下，能相对于自感的q轴分量Lq降低互感的q轴分量Mq。
因而，在电流控制的频率变高的情况下，外扰值基本依赖于磁耦合分量Mq12/Lq1及Mq12/Lq2，且该实施方式1中能降低磁耦合分量Mq12/Lq1及Mq12/Lq2，从而能提高电流控制***的响应，因此能降低因外扰值而产生的电流的波动分量，抑制转矩波动的发生。
图14是在本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中，作为切口的磁阻Rslit的内容，对横切切口的短路磁路的磁阻R1及避开切口并通过场磁极铁心的迂回磁路的磁阻R2进行说明的说明图，图15是在本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中，表示当将切口占圆周方向的宽度(下面称为切口的宽度)设为h1、占内径方向的深度(下面称为切口的深度)设为h2时，磁阻值Rslit相对于h2/h1的曲线。如图14所示，通过在场磁极铁心表面***切口13而产生的磁阻Rslit是将横切切口13的短路磁路的磁阻R1和避开切口13通过场磁极铁心8的迂回磁路的磁阻R2并列而得到的。
此处，在将切口13的内径方向的深度设为h2、圆周方向的宽度设为h1时，磁阻值Rslit相对于h2/h1如图15的曲线所示。然而，图15所示的磁阻值Rslit表示为相对于[h1＝h2]时的比率，在使切口的深度h2改变时将切口的宽度h1设为固定值。
根据图15可知，若使“h2/h1”大于“1.0”，则磁阻值Rslit变得大于100％。因而，为了使切口13的磁阻Rslit增加，使磁耦合值Mq12/Lq1及Mq12/Lq2降低，优选为h2/h1大于“1.0”。在如上述那样设置切口时，切口的宽度h1为固定值，因此若使切口的深度h2增加，则阻碍场磁极铁心的圆周方向的磁通的磁阻分量增加，但阻碍场磁极铁心的径向的磁通的磁阻分量不发生变化。因而，能在不对图12所示的从电枢铁心2通过场磁极铁心8的贯穿永磁体9的磁通造成阻碍的情况下，抑制因设置了切口13而产生的电感的d轴分量、抑制永磁体9所产生的磁通的降低。
图16是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的变形例的结构的剖视图，图17是将本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机的变形例的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图。图16、图17中，该变形例所涉及的多重多相绕组交流电动机除了设置于场磁极铁心8的表面部的切口13以外，在场磁极铁心8的内部还包括沿场磁极铁心8的半径方向延伸的切口14。
在场磁极铁心8的内部形成切口14的情况下，如图17所示，通过场磁极铁心8的内部的磁通被阻碍，因此认为自感的q轴分量Lq1及互感的q轴分量Mq12均降低一定量，能进一步增大上述的切口13的效果，并能进一步降低磁耦合分量Mq12/Lq1及Mq12/Lq2。
在本发明的实施方式1中对降低磁耦合分量Mq12/Lq1及磁耦合分量Mq12/Lq2的结构进行了说明，但根据上述图10可知，在设置切口13的情况下，由于自感的q轴分量Lq1降低，因此其结果是，Lq1、Lq2、Mq12全部因为设置切口13而有所降低，从而能使多重多相绕组交流电动机的电感的q轴分量降低，提高多重多相绕组交流电动机的输出。
此处，在以上的说明中，对各绕组组相互在电气性上具有30°的相位差的情况进行了阐述，但在如下情况下，也能获得与上述相同的效果，该情况为：场磁极铁心8中的各绕组组共用磁路、对一个绕组组接通的电流与自身的绕组组进行交链的磁路的主要路径的距离比对一个绕组组接通的电流与其他的绕组组进行交链的磁路的主要路径的距离要短，自感的磁路与互感的磁路一部分不同。
在以上的说明中，说明了8极48槽的多重多相绕组交流电动机，但并不限于该极数和槽数，绕组电气性地分离成两个，各个绕组组由不同的电动机驱动装置所驱动的多重多相绕组交流电动机也能获得与上述相同的效果。作为能实现上述结构、驱动方法的槽组合的示例，具有将m设为“1”以上的整数、磁极数为2m、槽数为12m的多重多相绕组交流电动机。
磁极数为2m、槽数为12m的多重多相绕组交流电动机包括与上述双重三相绕组组个别对应地相连接的两个电动机驱动装置，所述双重多相绕组组在绕组间具有电气性相位差30°，在所述两个电动机驱动装置将具有相位差30°的电压或电流提供给所述双重多相绕组组的情况下，能将电动机的绕组系数设为最大的“1”，能提高多重多相绕组交流电动机的转矩。
并且，在以上的说明中，对电枢绕组3跨多个齿4来卷绕的情况进行了说明，但在集中地卷绕于一个齿4的情况下，也成立与上述同样的说明。在以上的说明中，由于将电枢绕组3的绕组间距设为电角度180°的全节距绕组，因此实现了绕组系数的提高、转矩的提高，但在电角度为180°以外的情况下，也能获得与上述相同的效果。
在电枢铁心2和场磁极铁心8相对的空隙侧的场磁极铁心8的表面设有切口13，该切口13起到阻碍场磁极铁心8的圆周方向的磁通流通的磁阻的作用，对此，在场磁极铁心8通过层叠多个薄板而构成，且层叠切口13的位置不同的多个薄板并对切口宽度进行调整，或在所层叠的薄板的一部分中设置切口的情况下，也能获得与上述相同的效果。
图18是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的结构进行说明的说明图，图18(a)表示切口的结构图案1，图18(b)表示切口的结构图案2。图18(a)、图18(b)中同样地，(1)是俯视重叠了结构不同的薄板A和薄板B的情况的说明图，(2)是俯视仅有薄板A的情况的说明图，(3)是俯视仅有薄板B的情况的说明图，(4)是侧视重叠了薄板A和薄板B的情况的说明图。
在图18(a)所示的图案1中，(2)所示的薄板A和(3)所示的薄板B构成为切口13的形成位置不同，在重叠了该薄板A和薄板B的情况下，如(1)及(4)所示那样作为整体切口13的形状发生变化。通过上述那样使切口13的形状发生变化，能对阻碍场磁极铁心8的圆周方向的磁通流通的切口13所产生的磁阻进行调整。在图18(b)所示的图案2中，通过重叠(2)所示的设有切口13的薄板A和(3)所示的未设置切口的薄板B，如(1)及(4)所示那样，作为整体切口13是断断续续的，因而通过调整该断断续续的程度，能对阻碍场磁极铁心8的圆周方向的磁通流通的切口13所产生的磁阻进行调整。
如图18(a)所示，能抵消切口13的形成位置不同的薄板A、B间的齿槽转矩，可获得能降低齿槽转矩这样的效果。如图18(b)所示，在层叠设有切口13的薄板A和未设置切口的薄板B来构成场磁极铁心8的情况下，能提高场磁极铁心8的外周部的强度。
在上述说明中，对电枢绕组电气性地分离为两个绕组组，且利用三个不同的电动机驱动装置来进行驱动的多重多相绕组交流电动机进行了说明，但在绕组群的分离数及电动机驱动装置的个数分别增加的情况下也能获得与上述相同的效果。
图19是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的其它结构进行说明的说明图。在上述实施方式1中，在场磁极铁心8的空隙侧表面设有切口13，以作为阻碍圆周方向的磁通流通的磁阻，但如图19所示，也可以在电枢铁心2及场磁极铁心8之间的空隙和永磁体9之间设置场磁极铁心8的薄壁部15，始终使构成该薄壁部15的铁心磁饱和，并作为磁阻来起作用。在该情况下，切口13不向空隙侧开口，而被薄壁部15所覆盖。
图20是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的其它结构进行说明的说明图。图20中，在场磁极铁心18的形成了切口13的开口部形成有使场磁极铁心8的一部分磁劣化的铆接部16。由此，即使利用铆接部16而设置因构成场磁极铁心8的电磁钢板的机械性变形而产生的磁阻要素，也能获得与上述相同的效果。此处，在例如铆接等电磁钢板的机械性变形中，因弹性应力、塑性变形而在压缩变形部分产生残留应力，因此可知与不变形的电磁钢板相比，导磁率变小，磁特性劣化。
图21是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的另一不同结构进行说明的说明图。图21中，存在于永磁体9和空隙之间的场磁极铁心8中，多个螺栓17埋设在场磁极铁心8的轴向上。该情况下，不形成所述切口。对于螺栓17可例举出如下情况：螺栓17的导磁率与电磁钢板相比较小、在螺栓17和电磁钢板机械性接合的情况下产生导磁率较小的空气间隙、由于钢板的冲孔加工而产生残留应力。即，能通过在构成场磁极铁心8的电磁钢板中设置螺栓等机械性接合部分，来增大磁阻。
另外，在场磁极铁心8中设有图19所示的薄壁部15的情况下，通过场磁极铁心8的外周部的接合来提高场磁极铁心8的外周部的强度，在构成铆接部16、螺栓17等电磁钢板的机械性变形的情况下，可获得通过所层叠的薄板彼此的机械性接合来提高场磁极铁心外周的层叠强度的效果。
图22是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的另一其它结构进行说明的剖视图。上面，对极性不同的永磁体9在场磁极铁心8的圆周方向上交替地***于磁体孔7中的情况进行了说明，但如图22所示，包括多个极性相同的永磁体9在圆周方向上***于磁体孔7中的场磁极6的场磁极铁心8具有模拟极突起部18，该模拟极突起部18在多个永磁体9的相互间与场磁极铁心8形成为一体，且起到与场磁极6是不同磁极的作用。该模拟极突起部18极场磁极铁心8的表面分别具有切口最小间隔θ、或每隔电角度180°k个的切口13、19。
在图22所示的多重多相交流电动机的情况下，切口13、14成为阻碍场磁极铁心8的圆周方向的磁通流通的磁阻要素，也能获得与上述相同的效果。但是，在该情况下，切口13、14优选位于以电角度360°呈对称的位置。另外，图22中，由于将电枢绕组3的绕组间距设为电角度180°的全节距绕组，因此能去除感应电压的偶数次分量，实现由上述偶数次分量的感应电压所引起的转矩波动的降低，但在将绕组间距设为电角度180°以外的情况下，也能获得与上述相同的效果。
图23是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中、对第一及第二绕组组接通电流的示例的曲线。在上述各实施方式1的说明中，对于图4所示的多重多相绕组交流电动机，可以利用电动机驱动装置对分为第一绕组组100和第二绕组组200这样的两组的图1的Y或三角形连接后的电枢绕组3施加图23所示那样具有约30°相位差的电流。
图24是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的转矩的波动分量进行说明的曲线。图24中，虚线所示的X表示对第一及第二绕组组100、200接通相同相位的电流时的转矩波动，实线所示的Y表示对第一及第二绕组组100、200接通具有30°相位差的电流时的转矩波动。根据图24可知，通过在两个绕组组中流过具有30°相位差的电流，与接通相同相位的电流的情况相比，转矩的波动分量的大小比较大幅度地降低。
图25是表示本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的转矩的波动分量的频率分析结果的曲线。如图25所示，可知在对第一及第二绕组组100、200接通具有30°相位差的电流时，与对第一及第二绕组组100、200接通相同相位的电流的情况相比，转矩波动分量中的第6次高次谐波分量和第18次高次谐波分量大幅降低。
图26是对本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机中的转矩的波动分量进行说明的曲线。上述那样转矩波动分量中的第第6次高次谐波分量和第18次高次谐波分量大幅降低的理由在于，如图26所示，通过将对第一及第二绕组组100、200接通的电流的相位差设为30°，从而因将相对于对第一绕组组100接通的电流具有电角度30°相位差的电流接通到第二绕组组200而产生的转矩的第6次高次谐波分量和第18次高次谐波分量相对于因对第一绕组组100接通的电流而产生的转矩的第6次高次谐波分量和第18次高次谐波分量具有180°的相位差，因此相互抵消。
如上所述，通过在对多个绕组组接通的电流间添加相位差，从而能进一步降低多重多相绕组交流电动机。另外，在以上的说明中，对向电枢绕组提供电流的情况进行了阐述，但在向电枢绕组提供电压的情况下也获得同样的效果。在上述说明中，将图4所示的多重多相绕组交流电动机中的多相绕组组间机械性配置的相位差及所述电流相位差设为30°，但并不限于此，将多相绕组组间机械性配置的相位差及所述电流相位差设为能降低因提供给各个多重的多相绕组组的电流或电压而产生的转矩波动的相位差，也能获得同样的效果。
对在由电动机驱动装置提供给各绕组组的电流中设置相位差的情况进行了说明，但在由电动机驱动装置提供给各绕组组的电压中设置相位差的情况下，也成立与上述同样的说明。并且，在场磁极数、槽数、绕组组数与上述说明不同的情况下，若以减低转矩脉动的相位施加于电流及电压，也成立与上述相同的说明。
由此，本发明的实施方式1所涉及的多重多相绕组电动机为了降低多个绕组组间产生的磁耦合，在与场磁极铁心和电枢铁心之间的磁空隙相接的场磁极铁心的表面部分设置阻碍场磁极铁心的圆周方向的磁通流通的磁阻要素。因而，能根本性地降低磁耦合分量Mq12/Lq1及Mq12/Lq2，因此能提高电流控制***的响应，能降低电流中的波动分量，抑制转矩波动的产生，因此能进一步抑制多重多相绕组交流电动机的振动。并且，能减低自感、互感，并提高电动机的输出。在由电动机驱动装置提供给电枢绕组的多个绕组组的电流中设置相位差的情况下，能进一步降低多重多相绕组交流电动机的转矩波动。因而，能进一步抑制多重多相绕组交流电动机的振动。
实施方式2.
接着，对本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机进行说明。图27是表示本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机的结构的剖视图。实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机相对于实施方式1所涉及的多重多相绕组交流电动机，仅场磁极铁心中的场磁极结构不同。
图27中，具有在场磁极铁心8的表面等间隔地设置的8个磁体设置面20，该磁体设置面20分别交替地设置有S极和N极的极性相反的8个永磁体9。极性不同的相邻的两个永磁体9构成一对，合计设置4对。这些永磁体9利用粘接剂等固定于场磁极铁心8的磁体设置面20。场磁极铁心8的相邻的永磁体9之间具有突起部21，该突起部21从场磁极铁心8向空隙的方向突出设置，且由磁性体构成。
图28是将本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机的电枢和场磁极直线状地展开后的说明图。如图28所示，在场磁极铁心8的突起部21的表面，由场磁极6的极性不同的两个永磁体9构成的永磁体对在占场磁极铁心8的圆周方向的角度为360°时，设有分别具有最小间隔θ°以上的间隔的切口22。
此处，在将每隔电角度180°的切口22的个数设为k(k为1以上的整数)、切口22的长度设为L，突起部21的高度设为h时，满足h＜L。在设有如上所述那样形成的切口22的情况下的自感分量Lq1和互感分量Mq12/Lq1如图29所示。即、图29是表示在本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中，当改变切口最小间隔θ或每隔电角度180°的切口个数时第一绕组组的自感Lq1分量与磁耦合Mq12/Lq1分量的曲线。图29中，也记载了未设置切口22的情况，自感Lq1分量与磁耦合Mq12/Lq1分量以与未设置切口时的比率来表示。
根据图29可知，相对于未设置切口22的情况，在设置有切口22的情况下磁耦合分量Mq12/Lq1有所降低，且自感分量Lq1下降。尤其可知在切口最小间隔θ在180°以下或每隔电角度180°的切口个数k在“1”以上的情况下，可知磁耦合分量Mq12/Lq1成为95％以下，降低了未设置切口22的情况的5％以上。
因而，优选为设置切口22，使得切口最小间隔θ在180°以下或每隔电角度180°的切口个数k在“1”以上。同样，可知若将切口最小间隔θ变得更小、或将切口个数k变得更多，则磁耦合分量Mq12/Lq1进一步降低。此外，与实施方式1的情况相同，为了提高电动机的磁阻转矩希望增加自感分量Lq1，尤其若切口最小间隔θ为20°以上，则自感分量Lq1与未设置切口22的情况相比成为82.5％以上。因此，切口最小间隔θ优选为20°以上。
接着，通过比较未在场磁极铁心8的表面设置切口22的情况(NORMAL MODEL)和在场磁极铁心的表面设置切口的情况(SLIT MODEL)来说明上述的磁耦合分量Mq12/Lq1降低的理由。图30是对本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的磁电路上的主要路径进行说明的说明图,图30(a)表示未在场磁极铁心的表面设置切口的情况(NORMALMODEL)，图30(b)表示在场磁极铁心的表面设置切口的情况(SLIT MODEL)。
图30中，在对第一绕组组的绕组V1接通电流Iv1时，考虑与绕组V1自身交链的磁通φv(1)、与第二绕组组的绕组V2交链的磁通φv(2)，该第二绕组组的绕组V2与绕组V1相邻配置。此处，磁通的交链量相对于通电量的比率为电感，自感与磁通φv(1)除以电流Iv1而得到的值成比例，互感与磁通φv(2)除以电流Iv1而得到的值成比例。因而，认为在接通一定量的电流时，磁通φv(1)和磁通φv(2)的量的比成为自感与互感的比。
在将多重多相绕组交流电动机的场磁极铁心及电枢铁心考虑为磁电路时，通电量为恒定、即磁动势为恒定时的磁通量能由磁电路中的磁阻大小来决定，磁阻越小，磁通量越多。此处，图30中，对未设置切口的模型(a)和设有切口22的模型(b)的磁阻进行比较，磁通φv(1)、φv(2)的路径磁阻与实施方式1的图11相同，因此在设有切口22的情况下，自感的磁阻相对于互感变大，磁通φv(2)相对于磁通φv(1)变小，因此互感相对于自感的比率下降。
上面说明中对V相进行了说明，但在电枢铁心2与场磁极铁心8成为图30的相对位置的情况下，对于U相、W相也成立与上述等同的说明。上面说明中对V相彼此的同相间的情况进行了说明，但在电枢铁心2与场磁极铁心8成为图30的相对位置的情况下，对于UV相、VW相也成立与上述等同的说明。
并且，在上述说明中，对于磁通，对通过场磁极铁心8的突起部21的表面的磁通进行了阐述，但通过突起部21的表面的磁通没有贯穿相当于场磁极铁心8的d轴方向的永磁体9的中央部，能认为基本是q轴分量。因而，能认为通过突起部21的表面的磁通路径中的电感中q轴分量占主导。因而，在设置切口22的情况下，能相对于自感的q轴分量Lq降低互感的q轴分量Mq。
因而，在电流控制的频率变高的情况下，外扰值基本依赖于磁耦合分量Mq12/Lq1及Mq12/Lq2，且该实施方式2中能降低磁耦合分量Mq12/Lq1及Mq12/Lq2，从而能提高电流控制***的响应，因此能降低因外扰值而产生的电流的波动分量，抑制转矩波动的发生。
在本发明的实施方式2的多重多相绕组交流电动机中，对降低磁耦合分量Mq12/Lq1及磁耦合分量Mq12/Lq2的结构进行了阐述，但在设置切口22的情况下，由于自感分量Lq1降低，因此其结果是，自感分量Lq1、Lq2、互感分量Mq12全部通过设置切口22而有所降低，从而能使多重多相绕组交流电动机的电感的q轴分量降低，提高多重多相绕组交流电动机的输出。
图31是对本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的其它结构进行说明的说明图。如上述实施方式2说明的图27所示，对切口22的长度L比突起的高度h要大的情况进行了说明，但在如图31所示那样切口的长度L比突起的高度h要小的情况下，也成立与上述同样的说明。但，若如图14、图15所示那样***具有h2＞h1的形状的切口，则能进一步降低磁耦合Mq12/Lq1及Mq12/Lq2。在如上述那样设置切口22时，h1为固定值，因此若使h2增加，则阻碍场磁极铁心8的圆周方向的磁通的磁阻分量增加，但阻碍场磁极铁心8的径向的磁通的磁阻分量不发生变化。
因而，如图32所示，不会阻碍从电枢铁心2通过场磁极铁心8的突起部21、场磁极铁心8的内部，并从突起部21回到电枢铁心2的磁通，能抑制因设置切口22而导致的电感的q轴分量所产生的磁通的降低。即、图32是表示本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的磁通路径的说明图。
在以上的说明中，说明了8极48槽的多重多相绕组交流电动机，但并不限于该极数和槽数，绕组组电气性地分离成两个，且在场磁极和电枢的间隙中共用磁路并产生磁耦合，各个绕组组由不同的电动机驱动装置所驱动的多重多相绕组交流电动机也能获得与上述相同的效果。作为能实现上述结构、驱动方法的槽组合的示例，具有将m设为“1”以上的整数、磁极数为2m、槽数为12m的多重多相绕组交流电动机。在以上的说明中，对电枢绕组跨多个齿来卷绕的情况进行了说明，但在集中地卷绕于一个齿的情况下，也成立与上述同样的说明。
关于作为用于阻碍圆周方向的磁通流通的磁阻而设置在场磁极铁心的表面的切口，在场磁极铁心通过层叠多个薄板而构成，且层叠切口的位置不同的多个薄板并对切口宽度进行调整，或在所层叠的薄板的一部分中设置切口的情况下，也能获得与上述相同的效果。另外，在这样设置切口的情况下，能抵消不同薄板间的齿槽转矩，获得能降低齿槽转矩这样的效果。
并且，在上述说明中，对绕组电气性地分离为两个绕组组，且利用两个不同的电动机驱动装置来进行驱动的多重多相绕组交流电动机进行了说明，但在绕组群的分离数及电动机驱动装置的个数分别增加的情况下也能获得与上述相同的效果。
本实施方式2中，在场磁极铁心表面的突起部设置向空隙侧开口的切口以作为磁阻，但如上述实施方式1所说明的那样，在场磁极铁心设置薄壁部从而设置始终使铁心饱和的磁阻部，或设置使场磁极铁心磁劣化的构成铆接部、螺栓等电磁钢板的机械性变形的磁阻要素，也能获得与上述同样的效果。另外，在场磁极铁心设置薄壁部的情况下，通过场磁极铁心外周部的接合场磁极铁心外周部的强度提高，在构成铆接部、螺栓等电磁钢板的机械性变形的情况下，可获得通过所层叠的薄板彼此的机械性接合来提高场磁极铁心外周的层叠强度的效果。
图33是对本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的另一其它结构进行说明的剖视图。上述说明中，对具有在磁体设置面的圆周方向上交替地设置极性不同的永磁体而得到的场磁极铁心的情况进行了阐述，但如图33所示，包括：极性相同的永磁体9设置在圆周方向上的场磁极8、以及在各场磁极6的永磁体9间具有与各场磁极6形成为一体的模拟极突起部18，该模拟极突起部18起到与各场磁极6的永磁体9为不同的极性的磁极的作用，在该模拟极突起部18及场磁极8的表面具有切口最小间隔θ、或每隔电角度180°k个的切口23，在该情况下，切口部分成为阻碍圆周方向的磁通流通的磁阻要素，能获得与上述同样的效果。但是，在上述情况下，优选切口为以电角度360°呈对称设置的结构。
图34是对本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中的场磁极铁心的切口的其它结构进行说明的说明图。如上述实施方式33说明的那样，除切口23的长度L比模拟极突起部18的突起的高度h要大的情况以外，如图34所示，在切口的长度L比模拟极突起部18的突起的高度h要小的情况下，也成立与上述同样的说明。但，若如图14、图15所示那样***具有h2＞h1的形状的切口，则能进一步降低磁耦合Mq12/Lq1及Mq12/Lq2。
另外，图33、34中，由于将电枢绕组3的绕组间距设为电角度180°的全节距绕组，因此能去除感应电压的偶数次分量，实现由上述偶数次分量的感应电压所引起的转矩波动的降低，但在将绕组间距设为电角度180°以外的情况下，也能获得与上述相同的效果。°
图35是表示本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中，将场磁极绕组用作场磁极的情况的剖视图。上述说明中，对将永磁体用作场磁极的多重多相绕组交流电动机进行了阐述，但如图35所示那样，在将场磁极绕组24用作场磁极的场磁绕组电动机的情况下，也能获得与上述同样的效果。
图36是表示本发明的实施方式2所涉及的多重多相绕组交流电动机中，将场磁极作为具有突起部的磁阻电动机的情况的剖视图。在图36所示的磁阻电动机中，场磁极铁心8为仅具有由包括切口13的突起部21构成的场磁极6的结构。在采用上述磁阻电动机的情况下，可获得与上述同样的效果。
并且，本实施方式2中与实施方式1相同，在将多相绕组组间的相位差、及电流或电压的相位差设为使因分别提供给多重绕组的电流或电压而产生的转矩波动降低的相位差的情况下，能降低转矩波动。
由此，根据实施方式2所涉及的多重多相绕组电动机，为了降低多个绕组组间产生的磁耦合，在与场磁极铁心和电枢铁心相对的间隙相面对的场磁极铁心的突起部分设置阻碍场磁极铁心的圆周方向的磁通流通的磁阻要素。因而，具有能根本性地降低磁耦合分量Mq12/Lq1及Mq12/Lq2的结构，因此能提高电流控制***的响应，能降低电流中的波动分量，抑制转矩波动的产生，因此能进一步抑制多重多相绕组交流电动机的振动。并且，能减低自感、互感，并提高电动机的输出。并且，在由电动机驱动装置提供给电枢绕组的绕组中设置相位差的情况下，能进一步降低多重多相绕组交流电动机的转矩波动。因而，能进一步抑制多重多相绕组交流电动机的振动。
实施方式3.
图37是表示本发明的实施方式3所涉及的电动助力转向装置的说明图。图37中，驾驶员向左右旋转方向盘25，从而进行前轮26的转向。转矩检测部27检测出转向***的转向转矩并将该检测转矩输出到控制部28。控制部28计算电压指令并输出至电压施加部29，使得多重多相绕组交流电动机300产生对转向***的转矩进行辅助的辅助转矩。电压施加部29基于电压指令将对多重多相绕组交流电动机100施加电压，多重多相绕组交流电动机300产生经由齿轮30辅助转向转矩的转矩。
根据具备该多重多相绕组交流电动机的电动助力转向装置，多重多相绕组交流电动机的转矩波动降低，因此对方向盘25进行转向时所感觉到的波动变小，驾驶员的转向感能得到提高，能减小转向中的声音。提高了多重多相绕组交流电动机100的输出，因此能使电动助力转向装置小型化、轻量化，能提高停止状态下转向时等所需的额定转矩。
此外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。
以上所述的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机具备以下特征。
(1).多重多相绕组交流电动机的特征在于，包括：电枢铁心，该电枢铁心具备多个齿和多个槽；电枢绕组，该电枢绕组具备卷绕于所述齿并收纳于所述槽的多组多相绕组；多个电动机驱动装置，该多个电动机驱动装置与多组所述多相绕组个别对应地相连接；以及场磁极铁心，该场磁极铁心包括隔着空隙与所述电枢铁心相对地相对配置的多个场磁极，所述场磁极铁心包括阻碍其圆周方向的磁通流通的多个磁阻要素。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，互感Mq及自感Lq有所降低，并提高了电动机的输出。互感Mq相比自感Lq磁阻分量变高，因此互感相对自感的比率Mq/Lq降低，从而提高了电流控制***的响应，并降低了因电流的波动分量而引起的转矩波动。并且，与作为多个电动机驱动装置的多个逆变器相连的各绕组组具有在场磁极和电枢之间的间隙中共用磁路的磁路共用部，因此能减小电动机的体格。
(2).上述(1)中，其特征在于，所述磁阻要素由形成于所述场磁极铁心的切口构成。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，切口成为磁阻要素，能增加场磁极铁心的表面的圆周方向的磁通路径中的磁阻分量，并降低Mq/Lq。
(3).上述(2)中，其特征在于，所述切口从所述场磁极铁心的与所述电枢铁心相对的表面起配置到内部，在将所述切口占所述圆周方向的宽度设为h1、占所述场磁极铁心的内径方向的深度为h2时，所述切口构成为h2/h1比“1.0”大。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，通过设置切口来增加磁阻增大效果，从而进一步降低Mq/Lq。阻碍场磁极铁心的径向的磁通的磁阻分量相对于阻碍场磁极铁心的圆周方向的磁通的磁阻分量变小，不会阻碍从电枢铁心通过场磁极铁心的贯穿磁体的磁通。由此，能抑制电感、电动机的磁体所产生的磁通的降低。
(4).上述(1)中，其特征在于，所述磁阻要素由形成于所述场磁极铁心的薄壁部构成。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，由于场磁极铁心的薄壁部的磁特性劣化，因此场磁极铁心的薄壁部成为磁阻要素，从而能增加场磁极铁心的表面的圆周方向的磁通路径中的磁阻，并降低Mq/Lq。此外，通过由场磁极铁心的薄壁部所产生的铁心的接合而导致转子外周的强度得到提高。
(5).上述(1)中，所述磁阻要素由将构成所述场磁极铁心的被层叠的多个薄板机械性接合的部位构成。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，由铆接部、螺栓等产生的所层叠薄板的机械性接合部位的磁特性劣化，由此由铆接部、螺栓等产生的所层叠薄板的机械性接合部位成为磁阻要素，能增加场磁极铁心的表面的圆周方向的磁通路径中的磁阻，并降低Mq/Lq。通过由铆接部、螺栓等产生的所层叠薄板的机械性接合，来提高转子外周的层叠强度。
(6).上述(1)至(5)中的任一种，其特征在于，所述场磁极铁心包括***到所述场磁极铁心所设有的多个磁体孔中的多个永磁体，所述磁阻要素至少设置在与所述场磁极铁心的电枢铁心相对的表面。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，提高了切口的磁阻，从而进一步降低Mq/Lq。
(7).上述(1)至(5)中的任一种，其特征在于，包括配置在所述场磁极铁心的磁体设置面的多个永磁体，所述场磁极铁心包括位于相邻的所述永磁体之间并由磁性体构成的突起部，所述磁阻要素至少设置在所述突起部。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，提高了切口的磁阻，从而进一步降低Mq/Lq。
(8).上述(1)至(7)中的任一种，其特征在于，所述场磁极包括：第一场磁极，该第一场磁极利用永磁体产生第一极性；以及第二场磁极，该第二场磁极具有突起部，该突起部产生与所述第一极性呈相反极性的第二极性，所述第一场磁极和所述第二场磁极在所述场磁极铁心的周向上交替且等间隔地配置，至少所述突起部具备所述磁阻要素。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，提高了切口的磁阻，从而进一步降低Mq/Lq。
(9).上述(1)至(8)中的任一种，其特征在于，所述磁阻要素每隔电角度180°配置一个以上。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，提高了磁阻值，从而进一步降低Mq/Lq。
(10).上述(1)至(9)中的任一种，其特征在于，所述磁阻要素配置为相互的最小间隔在电角度180°以下。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，提高了磁阻值，从而进一步降低Mq/Lq。
(11).上述(1)至(10)中的任一种，其特征在于，所述场磁极铁心通过层叠形状不同的两种以上薄板而构成，所述磁阻要素至少设置在一种所述薄板上。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，提高了磁阻值，从而进一步降低Mq/Lq。此外，能降低齿槽转矩。
(12).上述(1)至(11)中的任一种，其特征在于，多组所述多相绕组在多组绕组间具有电相位差θc，θc为比0大的正数，所述多个电动机驱动装置分别向多组所述多相绕组提供具有相位差θi的电压或电流，θi为比0大的正数，所述相位差θi是降低因向多组所述多相绕组提供具有所述相位差θc的电压或电流而产生的转矩波动的相位。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，能抵消电动机所产生的转矩波动。
(13).上述(1)至(12)中的任一种，其特征在于，多组所述多相绕组跨所述多个齿来卷绕。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，通过跨多个齿来卷绕电枢绕组，从而能降低感应电压的高次谐波分量，能降低转矩波动。
(14).上述(13)中，其特征在于，所述多相绕组以电角度180°间距来卷绕。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，能提高绕组***，并提高电动机的转矩。此外，能抵消偶数次的感应电压，能降低因所述偶数次的感应电压而引起的转矩波动。
(15).上述14中，其特征在于，所述电枢铁心具备12m个齿及槽，m为1以上的整数，所述多组多重多相绕组组由卷绕于所述齿，且收纳于槽的双重三相绕组组构成，所述多个电动机驱动装置由与所述双重三相绕组组个别对应地相连接的两个电动机驱动装置构成，所述场磁极铁心具备2m个场磁极，所述双重多相绕组组在绕组组间具有电相位差30°，所述两个电动机驱动装置向所述双重多相绕组组提供具有相位差30°的电压或电流。
根据由此构成的本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机，绕组系数成为最大的1，并能提高电动机的转矩。
本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机具备以下特征。
(16).由上述(1)至(15)所记载的多重多相绕组交流电动机产生辅助转矩。
根据由此构成的本发明的电动助力转向装置，能降低多重多相绕组交流电动机的转矩波动，并提高驾驶员的转向感。能提高搭载电动助力转向的车辆的安静性。并且，提高了多重多相绕组交流电动机的输出，因此能使电动助力转向小型化、轻量化，并能使搭载电动助力转向装置的车辆小型化、轻量化。
工业上的实用性
本发明所涉及的多重多相绕组交流电动机、及电动助力转向装置能特别有效地应用于汽车产业的领域。
标号说明
100第一绕组组、200第二绕组组、U1、U2U相绕组、V1、V2V相绕组、W1、W2W相绕组、1电枢、2电枢铁心、3电枢绕组、4齿、5槽、6场磁极、7磁体孔、8场磁极铁心、9永磁体、10第一电动机驱动装置、11第二电动机驱动装置、12磁体按压桥接部、13、14、19、22、23切口、15薄壁部、16铆接部、17螺栓、18模拟极突起部、20磁体设置面、21突起部、24场磁极绕组、25方向盘、26前轮、27转矩检测部、28控制部、29电压施加部、30齿轮、31ECU、300多重多相绕组交流电动机。

Claims (15)

1.一种多重多相绕组交流电动机，包括：
电枢铁心，该电枢铁心具备多个齿和多个槽；电枢绕组，该电枢绕组具备卷绕于所述齿并收纳于所述槽的多组多相绕组；多个电动机驱动装置，该多个电动机驱动装置与多组所述多相绕组单独对应地相连接；以及场磁极铁心，该场磁极铁心包括隔着空隙与所述电枢铁心相对配置的多个场磁极，该多重多相绕组交流电动机的特征在于，
所述场磁极铁心具有对由所述多组多相绕组的同一相所产生的磁通的磁路进行共用的磁路共用部分，
所述磁路共用部分包括阻碍磁通向所述场磁极铁心的圆周方向流动的磁阻要素。
2.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述磁阻要素由形成于所述场磁极铁心的切口构成，
所述切口从所述场磁极铁心的与所述电枢铁心相对的表面起配置到内部，
在将所述切口占所述圆周方向的宽度设为h1、占所述场磁极铁心的内径方向的深度设为h2时，所述切口构成为h2/h1比“1.0”大。
3.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述磁阻要素由形成于所述场磁极铁心的薄壁部构成。
4.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述磁阻要素由将构成所述场磁极铁心的被层叠的多个薄板机械性接合的部位构成。
5.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述场磁极铁心包括***到设置在所述场磁极铁心上的多个磁体孔中的多个永磁体，
所述磁阻要素至少设置在与所述场磁极铁心的电枢铁心相对的表面。
6.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
包括配置在所述场磁极铁心的磁体设置面的多个永磁体，
所述场磁极铁心具备位于相邻的所述永磁体之间并由磁性体构成的突起部，
所述磁阻要素至少设置在所述突起部。
7.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述场磁极包括：第一场磁极，该第一场磁极利用永磁体产生第一极性；以及第二场磁极，该第二场磁极具有突起部，该突起部产生与所述第一极性呈相反极性的第二极性，
所述第一场磁极和所述第二场磁极在所述场磁极铁心的周向上交替且等间隔地配置，
至少所述突起部具备所述磁阻要素。
8.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述磁阻要素每隔电角度180°配置一个以上。
9.如权利要求1至8的任一项所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述磁阻要素配置为相互的最小间隔在电角度180°以下。
10.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述场磁极铁心通过层叠形状不同的两种以上薄板而构成，
所述磁阻要素至少设置在一种所述薄板上。
11.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
多组所述多相绕组在多组绕组间具有电相位差θc，θc为比0大的正数，
所述多个电动机驱动装置分别向多组所述多相绕组提供具有相位差θi的电压或电流，θi为比0大的正数，
所述相位差θi是降低因向多组所述多相绕组提供具有所述相位差θc的电压或电流而产生的转矩波动的相位。
12.如权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
多组所述多相绕组跨所述多个齿来卷绕。
13.如权利要求12所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述多相绕组以电角度180°的间距来卷绕。
14.如权利要求13所述的多重多相绕组交流电动机，其特征在于，
所述电枢铁心具备12m个齿及槽，m为1以上的整数，
所述多组多重多相绕组组由卷绕于所述齿，且收纳于槽的双重三相绕组组构成，
所述多个电动机驱动装置由与所述双重三相绕组组单独对应地相连接的两个电动机驱动装置构成，
所述场磁极铁心具备2m个场磁极，
所述双重多相绕组组在绕组组间具有电相位差30°，
所述两个电动机驱动装置向所述双重多相绕组提供具有相位差30°的电压或电流。
15.一种电动助力转向装置，其特征在于，
由权利要求1所述的多重多相绕组交流电动机产生辅助转矩。
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