CN113016118A - 马达以及电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

实施方式的马达具有：n相(n为3以上的整数)线圈组；第1逆变器，其与n相线圈组的一端连接；第2逆变器，其与n相线圈组的另一端连接；定子，其卷绕有n相线圈组；以及转子，其能够相对于定子相对地进行旋转。n相线圈组中的至少1个线圈组包含：第1子线圈组，其包含互相串联连接的第1线圈和第2线圈；以及第2子线圈组，其包含互相串联连接的第3线圈和第4线圈。第1子线圈组和第2子线圈组互相并联连接。

Description

马达以及电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及马达以及电动助力转向装置。
背景技术
近年来，开发了将马达、电力转换装置以及ECU一体化的机电一体式马达。特别是在车载领域中，从安全性的观点出发，要求高品质保证。因此，采用了即使在部件的一部分发生了故障的情况下也能够继续安全动作的冗余设计。作为冗余设计的一例，正在研究对一个马达设置两个电力转换装置。作为另一个例子，正在研究在主微控制器中设置备份用微控制器。
例如，专利文献1公开的电力转换装置具有控制部和两个逆变器，对提供给三相马达的电力进行转换。两个逆变器中的每一个逆变器都与电源和地(以下，记为“GND”)连接。一个逆变器与马达的三相线圈的一端连接，另一个逆变器与三相线圈的另一端连接。每个逆变器具有桥电路，该桥电路由三个支路构成，每个支路包括高侧开关元件和低侧开关元件。这样的接线有时被称为独立接线。专利文献1公开的控制部在检测出两个逆变器中的开关元件的故障的情况下，将马达控制从正常时的控制切换为异常时的控制。在异常时的控制中，例如，按照规定的规则使包含发生了故障的开关元件的逆变器的开关元件导通和截止，从而构成线圈的中性点。然后，使用正常的逆变器继续进行马达驱动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开公报：日本特开2014-192950号公报
发明内容
发明要解决的课题
要求使上述那样的从两个逆变器向线圈提供电力的马达高输出化。
用于解决课题的手段
本发明的示例的马达具有：n相线圈组，n为3以上的整数；第1逆变器，其与所述n相线圈组的一端连接；第2逆变器，其与所述n相线圈组的另一端连接；定子，其卷绕有所述n相线圈组；以及转子，其能够相对于所述定子相对地进行旋转，其中，所述n相线圈组中的至少1个线圈组包含：第1子线圈组，其包含互相串联连接的第1线圈和第2线圈；以及第2子线圈组，其包含互相串联连接的第3线圈和第4线圈，所述第1子线圈组和所述第2子线圈组互相并联连接。
发明效果
根据本发明的实施方式，例如，能够增大具有独立接线方式的电力转换装置的马达的输出。
附图说明
图1是示出实施方式的马达的构造的示意图。
图2是示出具有实施方式的电力转换装置的马达的电路结构的示意图。
图3是示出实施方式的电力转换装置所具有的H桥的图。
图4是示出实施方式的电力转换装置所具有的H桥的图。
图5是示出实施方式的电力转换装置所具有的H桥的图。
图6是示出具有实施方式的电力转换装置的马达的框图。
图7是示出在按照实施方式的三相通电控制来控制电力转换装置时对流过马达的U相、V相以及W相的各线圈的电流值进行标绘而得到的电流波形的图。
图8是示出实施方式的定子和转子的图。
图9是示出实施方式的线圈的线径与输出之间的关系的图。
图10是示出实施方式的电动助力转向装置的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对具有本发明的电力转换装置的马达及电动助力转向装置的实施方式进行详细说明。但是，有时省略必要以上的详细说明。例如，有时省略已知事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。这是为了使本领域技术人员容易理解并且避免以下的说明不必要地冗长。
在本说明书中，以具有三相(U相、V相、W相)线圈的三相马达为例对实施方式进行说明。但是，例如具有四相和五相等n相(n为3以上的整数)线圈的n相马达也在本发明的范畴内。
(实施方式1)
图1是示出本实施方式的马达10的构造的图。图1示出沿着中心轴线11切断时的马达10的内部。
马达10是机电一体式马达。马达10例如用作汽车的电动助力转向装置用马达。在这种情况下，马达10产生电动助力转向装置的驱动力。马达10例如是三相交流马达。
马达10具有定子20、转子30、壳体12、分隔壁14、轴承15以及轴承16。定子20也称为电枢。中心轴线11是转子30的旋转轴线。
壳体12是具有底的大致圆筒状的框体，将定子20、轴承15及转子30收纳在内部。保持轴承15的凹部13位于壳体12的底部的中间。分隔壁14是用于关闭壳体12的上部开口的板状部件。分隔壁14在其中央部保持轴承16。
定子20为环状，具有层叠体22和线圈21。层叠体22也被称为层叠环状芯。线圈也被称为绕组。线圈21相当于后述的线圈组201、202、203(图2)。定子20根据驱动电流产生磁通。层叠体22由将多个钢板在沿着中心轴线11的方向(图1的Z方向)上层叠而成的层叠钢板构成。层叠体22包括环状的层叠铁芯背部24和多个层叠齿(齿)23。层叠铁芯背部24固定于壳体12的内壁。
线圈21由铜等导电性材料构成，典型的是分别安装在层叠体22的多个层叠齿23上。
转子30能够相对于定子20绕中心轴线11相对地旋转。转子30具有转子铁芯31、沿着转子铁芯31的外周设置的多个永久磁铁32、轴33。转子铁芯31由例如铁等磁性材料构成，具有筒状的形状。在本实施方式中，转子铁芯31由在沿着中心轴线11的方向(图1的Z方向)上层叠多个钢板而成的层叠钢板构成。多个永久磁铁32被设置成N极和S极在转子铁芯31的周向上交替出现。轴33固定在转子铁芯31的中心，沿着中心轴线11向上下方向(Z方向)延伸。另外，本说明书中的上下左右方向是指观察图1所示的马达10时的上下左右方向，为了容易理解地说明实施方式，使用这些方向进行说明。当然本说明书中的上下左右方向与马达10搭载于实际的产品(汽车等)的状态下的上下左右方向未必一致。
轴承15和16将转子30的轴33支承为能够旋转。轴承15和16例如是经由球体使外圈和内圈相对旋转的球轴承。图1示出了球轴承。
在马达10中，当使驱动电流流过定子20的线圈21时，在层叠体22的多个层叠齿23上产生径向的磁通。通过多个层叠齿23与永久磁铁32之间的磁通的作用，在周向上产生转矩，转子30相对于定子20旋转。当转子30旋转时，例如在电动助力转向装置中产生驱动力。
在轴33的分隔壁14侧的端部固定有永久磁铁41。永久磁铁41能够与转子30一起旋转。在分隔壁14的上部配置有基板50。在基板50上搭载有电力转换装置100。分隔壁14将马达10内部的收纳定子20和转子30的空间与收纳基板50的空间隔开。
电力转换装置100将来自电源的电力转换为向定子20的线圈21提供的电力。在基板50上设置有电力转换装置100所具有的逆变器的端子52。电线51与端子52连接。电线51例如是线圈21的端部。电线51和线圈21也可以是不同的部件。从电力转换装置100输出的电力经由电线51被提供到线圈21。电力转换装置100的详细情况在后面叙述。
在基板50上设置有磁传感器40。磁传感器40配置在与固定于轴33的永久磁铁41对置的位置。磁传感器40配置在轴33的中心轴线11上。磁传感器40例如是磁阻效应元件或霍尔元件。磁传感器40检测从与轴33一起旋转的永久磁铁41产生的磁场，由此能够检测转子30的旋转角。
马达10经由多个端子17而与马达10外部的各种控制装置及电池等连接。多个端子17包括从外部电源提供电力的电源端子和用于与外部设备进行数据收发的信号端子等。
接着，对具有电力转换装置100的马达10进行详细说明。
图2示意性地示出具有本实施方式的电力转换装置100的马达10的电路结构。
电力转换装置100具有第1逆变器110和第2逆变器140。另外，电力转换装置100具有图6所示的控制电路300。
作为线圈21(图1)，在定子20上卷绕有U相线圈组201、V相线圈组202以及W相线圈组203。各相的线圈组与第1逆变器110和第2逆变器140连接。当具体进行说明时，第1逆变器110与各相的线圈组的一端连接，第2逆变器140与各相的线圈组的另一端连接。在本说明书中，电路中的部件彼此之间的“连接”主要是指电连接。
U相线圈组201包括子线圈组215和子线圈组216。子线圈组215包括互相串联连接的线圈211和线圈212。子线圈组216包括互相串联连接的线圈213和线圈214。子线圈组215和子线圈组216互相并联连接。换言之，串联连接的线圈211和212与串联连接的线圈213和214并联连接。
V相线圈组202包括子线圈组225和子线圈组226。子线圈组225包括互相串联连接的线圈221和线圈222。子线圈组226包括互相串联连接的线圈223和线圈224。子线圈组225和子线圈组226互相并联连接。换言之，串联连接的线圈221和222与串联连接的线圈223和224并联连接。
W相线圈组203包括子线圈组235和子线圈组236。子线圈组235包括互相串联连接的线圈231和线圈232。子线圈组236包括互相串联连接的线圈233和线圈234。子线圈组235和子线圈组236互相并联连接。换言之，串联连接的线圈231和232与串联连接的线圈233和234并联连接。
图8是示出定子20和转子30的一例的图。在该例中，定子20具有十二个齿23。转子30具有八个永久磁铁32。换言之，在该例中，在定子20上具有12个槽(slot)25，该槽25构成在相邻的齿23之间并且配置有线圈21。转子30中的极数为8。这种槽数为12、磁极数为8的构造有时被称为8P12S(8极12槽)。在该例中，马达10是具有三相(U相、V相、W相)绕组的三相马达。对12个齿23例如按照U、V、W、U、V、W、U、V、W、U、V、W的顺序分配U相、V相、W相。
在从与转子30的旋转轴线方向平行的方向观察转子30时的俯视观察中，转子铁芯31的外形为多边形。在该例中，俯视时的转子铁芯31的外形是八边形。转子铁芯31的外周部具有多个侧面34。在该例中，转子铁芯31的外周部具有八个侧面34。八个侧面34在转子铁芯31的周向上相邻地配置，构成转子铁芯31的外侧面。在俯视时，各侧面34具有直线形状。
在每个侧面34上配置有永久磁铁32。永久磁铁32例如通过粘接剂等固定在侧面34上。各永久磁铁32与各齿23在径向上对置。另外，永久磁铁32可以使用磁铁保持架等部件保持于转子铁芯31，也可以通过其他方法固定。
定子20的线圈的绕线方式例如是集中绕线方式。例如，在被分配了U相的多个层叠齿23上卷绕有线圈211、线圈212、线圈213、线圈214。在被分配了V相的多个层叠齿23上卷绕有线圈221、线圈222、线圈223、线圈224。在被分配了W相的多个层叠齿23上卷绕有线圈231、线圈232、线圈233、线圈234。
另外，上述磁极数和槽数是一例，也可以是其他数。例如，磁极数也可以是10、14或16。
第1逆变器110具有与各相对应的端子U_L、V_L以及W_L作为端子52(图1)。第2逆变器140具有与各相对应的端子U_R、V_R以及W_R作为端子52。第1逆变器110的端子U_L与U相线圈组201的一端连接，端子V_L与V相线圈组202的一端连接，端子W_L与W相线圈组203的一端连接。与第1逆变器110同样，第2逆变器140的端子U_R与U相线圈组201的另一端连接，端子V_R与V相线圈组202的另一端连接，端子W_R与W相线圈组203的另一端连接。这样的接线与所谓的星形接线和三角形接线不同，有时被称为独立接线。
另外，相同相的子线圈组也可以在互相接线的状态下与第1逆变器110和第2逆变器140连接，还可以互相独立地与第1逆变器110和第2逆变器140连接。例如，线圈211和线圈213可以在互相接线的状态下与第1逆变器110连接，线圈211和线圈213也可以互相独立地与第1逆变器110连接。此外，例如，线圈212和线圈214可以在互相接线的状态下与第2逆变器140连接，线圈212和线圈214也可以互相独立地与第2逆变器140连接。
在电力转换装置100中，第1逆变器110和第2逆变器140与电源101和GND连接。具有电力转换装置100的马达10例如能够经由端子17(图1)而与外部的电源连接。
在本说明书中，有时将第1逆变器110记为“桥电路L”。另外，有时将第2逆变器140记为“桥电路R”。第1逆变器110和第2逆变器140分别具有三个支路，该支路包含低侧开关元件和高侧开关元件。构成这些支路的多个开关元件经由马达10的线圈组而在第1逆变器110和第2逆变器140之间构成多个H桥。
第1逆变器110包括由三个支路构成的桥电路。图2所示的开关元件111L、112L以及113L是低侧开关元件，开关元件111H、112H以及113H是高侧开关元件。作为开关元件，例如可以使用场效应晶体管(典型的是MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在本申请说明书中，对使用FET作为逆变器的开关元件的例子进行说明，在以下的说明中，有时将开关元件记为FET。例如，开关元件111L被记为FET 111L。
第1逆变器110具有三个分流电阻111R、112R以及113R作为用于检测流过U相、V相以及W相的各相的线圈组的电流的电流传感器(参照图6)。电流传感器170包括检测流过各分流电阻的电流的电流检测电路(未图示)。例如，分流电阻111R、112R以及113R分别连接在第1逆变器110的三个支路所包含的三个低侧开关元件与GND之间。具体而言，分流电阻111R连接在FET 111L与GND之间，分流电阻112R连接在FET 112L与GND之间，分流电阻113R连接在FET 113L与GND之间。分流电阻的电阻值例如为0.5mΩ至1.0mΩ左右。
与第1逆变器110同样，第2逆变器140包括由三个支路构成的桥电路。图2所示的FET 141L、142L以及143L是低侧开关元件，FET 141H、142H以及143H是高侧开关元件。并且，第2逆变器140具有三个分流电阻141R、142R以及143R。这些分流电阻连接在三个支路所包含的三个低侧开关元件与GND之间。第1和第2逆变器110、140的各FET可以由例如微控制器或专用驱动器控制。
图3、图4以及图5是示出电力转换装置100所具有的三个H桥131、132以及133的图。
第1逆变器110具有支路121、123以及125。支路121具有FET 111H和FET 111L。支路123具有FET 112H和FET 112L。支路125具有FET 113H和FET 113L。
第2逆变器140具有支路122、124以及126。支路122具有FET 141H和FET 141L。支路124具有FET 142H和FET 142L。支路126具有FET 143H和FET 143L。
图3所示的H桥131具有支路121、线圈组201以及支路122。图4所示的H桥132具有支路123、线圈组202以及支路124。图5所示的H桥133具有支路125、线圈组203以及支路126。
电源101(图2)生成规定的电源电压。从电源101向第1和第2逆变器110、140提供电力。作为电源101，例如使用直流电源。然而，电源101可以是AC-DC转换器或DC-DC转换器，或者也可以是电池(蓄电池)。电源101可以是与第1和第2逆变器110、140共用的单一电源，也可以具有第1逆变器110用的第1电源和第2逆变器140用的第2电源。
在电源101与电力转换装置100之间设置有线圈102。线圈102作为噪声滤波器发挥功能，使提供到各逆变器的电压波形中所包含的高频噪声或在各逆变器中产生的高频噪声平滑化，以使其不向电源101侧流出。并且，在电源101和电力转换装置100之间连接有电容器103的一端。电容器103的另一端与GND连接。电容器103是所谓的旁路电容器，抑制电压脉动。电容器103例如是电解电容器，电容及使用的个数根据设计规格等适当决定。
图2示例了在每个逆变器的各支路中配置1个分流电阻的结构。第1和第2逆变器110、140可以具有六个以下的分流电阻。六个以下的分流电阻可以连接在第1和第2逆变器110、140所具有的六个支路中的六个以下的低侧开关元件与GND之间。当进一步扩展到n相马达时，第1和第2逆变器110、140可以具有2n个以下的分流电阻。2n个以下的分流电阻可以连接在第1和第2逆变器110、140所具有的2n个支路中的2n个以下的低侧开关元件与GND之间。
图6示意性地示出具有电力转换装置100的马达10的块结构。电力转换装置100具有控制电路300。
控制电路300例如具有电源电路310、角度传感器320、输入电路330、微控制器340、驱动电路350以及ROM 360。控制电路300通过控制电力转换装置100的整体动作来驱动马达10。具体而言，控制电路300能够对作为目标的转子的位置、转速以及电流等进行控制来实现闭环控制。另外，控制电路300也可以具有转矩传感器来代替角度传感器。在这种情况下，控制电路300能够对作为目标的马达转矩进行控制。
电源电路310生成电路内的各块所需的DC电压(例如3V、5V)。角度传感器320例如是旋转变压器或霍尔IC。作为角度传感器320，也可以使用磁阻效应元件和磁铁。角度传感器320检测马达10的转子的旋转角(以下，记为“旋转信号”)，并将旋转信号输出到微控制器340。输入电路330接收由电流传感器170检测出的马达电流值(以下，记为“实际电流值”)，并根据需要将实际电流值的电平变换为微控制器340的输入电平，将实际电流值输出到微控制器340。
微控制器340控制第1逆变器110和第2逆变器140的各FET的开关操作(导通或截止)。微控制器340根据实际电流值和转子的旋转信号等设定目标电流值而生成PWM信号，并将其输出到驱动电路350。
驱动电路350典型的是栅极驱动器。驱动电路350根据PWM信号生成控制第1和第2逆变器110、140中的各FET的开关动作的控制信号(栅极控制信号)，并向各FET的栅极提供控制信号。另外，微控制器340也可以具有驱动电路350的功能。在这种情况下，控制电路300可以不具有驱动电路350。
ROM 360例如是可写入存储器、可重写存储器或只读存储器。ROM 360存储包括用于使微控制器340控制电力转换装置100的指令组的控制程序。例如，控制程序在引导时暂时在RAM(未图示)中展开。
接着，对电力转换装置100的控制方法的具体例进行说明。控制电路300通过使用第1和第2逆变器110、140这两者进行三相通电控制来驱动马达10。具体而言，控制电路300通过以互相相反的相位(相位差＝180°)对第1逆变器110的FET和第2逆变器140的FET进行开关控制而进行三相通电控制。例如，当着眼于包括FET 111L、111H、141L以及141H的H电桥时，当FET 111L导通时，FET 141L截止，当FET 111L截止时，FET 141L导通。与此相同，当FET111H导通时，FET 141H截止，当FET 111H截止时，FET 141H导通。从电源101输出的电流通过高侧开关元件、线圈组、低侧开关元件流向GND。
这里，对流过U相线圈组201的电流的路径进行说明。当FET 111H和FET 141L导通并且FET 141H和FET 111L截止时，电流按电源101、FET 111H、线圈组201、FET 141L、GND的顺序流动。当FET 141H和FET 111L导通并且FET 111H和FET 141L截止时，电流按电源101、FET 141H、线圈组201、FET 111L、GND的顺序流动。
接着，对流过V相线圈组202的电流的路径进行说明。当FET 112H和FET 142L导通并且FET 142H和FET 112L截止时，电流按电源101、FET 112H、线圈组202、FET 142L、GND的顺序流动。当FET 142H和FET 112L导通并且FET 112H和FET 142L截止时，电流按电源101、FET 142H、线圈组202、FET 112L、GND的顺序流动。
接着，对流过W相线圈组203的电流的路径进行说明。当FET 113H和FET 143L导通并且FET 143H和FET 113L截止时，电流按电源101、FET 113H、线圈组203、FET 143L、GND的顺序流动。当FET 143H和FET 113L导通并且FET 113H和FET 143L截止时，电流按电源101、FET 143H、线圈组203、FET 113L、GND的顺序流动。
图7示例了在按照三相通电控制对电力转换装置100进行控制时对流过马达10的U相、V相以及W相的各线圈组的电流值进行标绘而得到的电流波形(正弦波)。横轴表示马达电角(deg)，纵轴表示电流值(A)。在图7的电流波形中，每隔30°电角绘制电流值。Ipk表示各相的最大电流值(波峰电流值)。
表1示出了在图7的正弦波中在每个电角下流过各逆变器的端子的电流值。具体而言，表1示出了流过第1逆变器110(桥电路L)的端子U_L、V_L以及W_L的每隔30°电角的电流值、以及流过第2逆变器140(桥电路R)的端子U_R、V_R以及W_R的每隔30°电角的电流值。这里，对于桥电路L，将从桥电路L的端子流向桥电路R的端子的电流方向定义为正方向。图7所示的电流方向符合该定义。另外，对于桥电路R，将从桥电路R的端子流向桥电路L的端子的电流方向定义为正方向。因此，桥电路L的电流与桥电路R的电流的相位差为180°。在表1中，电流值I1的大小为[(3)1/2/2]*Ipk，电流值I2的大小为Ipk/2。
[表1]
Figure BDA0003064055600000101
在电角为0°时，在U相线圈组201中没有电流流过。在V相线圈组202中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流，在W相线圈组203中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流。
在电角为30°时，在U相线圈组201中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流，在V相线圈组202中从桥电路R向桥电路L流过大小Ipk的电流，在W相线圈组203中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流。
在电角为60°时，在U相线圈组201中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流，在V相线圈组202中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流。在W相线圈组203中没有电流流过。
在电角为90°时，在U相线圈组201中从桥电路L向桥电路R流过大小Ipk的电流，在V相线圈组202中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流，在W相线圈组203中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流。
在电角为120°时，在U相线圈组201中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流，在W相线圈组203中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流。在V相线圈组202中没有电流流过。
在电角为150°时，在U相线圈组201中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流，在V相线圈组202中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流，在W相线圈组203中从桥电路R向桥电路L流过大小Ipk的电流。
在电角为180°时，在U相线圈组201中没有电流流过。在V相线圈组202中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流，在W相线圈组203中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流。
在电角为210°时，在U相线圈组201中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流，在V相线圈组202中从桥电路L向桥电路R流过大小Ipk的电流，在W相线圈组203中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流。
在电角为240°时，在U相线圈组201中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流，在V相线圈组202中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流。在W相线圈组203中没有电流流过。
在电角为270°时，在U相线圈组201中从桥电路R向桥电路L流过大小Ipk的电流，在V相线圈组202中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流，在W相线圈组203中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流。
在电角为300°时，在U相线圈组201中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流，在W相线圈组203中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流。在V相线圈组202中没有电流流过。
在电角为330°时，在U相线圈组201中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流，在V相线圈组202中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流，在W相线圈组203中从桥电路L向桥电路R流过大小Ipk的电流。
例如，控制电路300通过得到图7所示的电流波形的PWM控制来控制桥电路L和R的各FET的开关动作。
如上所述，在马达中要求增大输出。特别是在车载用马达中，在从电池提供的电压电平下实现高输出化。
根据本申请发明人的研究，得到了如下结果：采用上述独立接线方式的马达与采用星形接线方式的马达和采用三角形接线方式的马达相比能够增大相电压。
在采用独立接线方式的马达中，在想要进一步增大输出的情况下，考虑能够流过更大的电流。当想要流过大的电流时，需要增大线圈的线径。但是，当线圈的线径变大时，难以在定子的层叠齿上缠绕线圈。另外，一般而言，线圈的最小弯曲半径与线径成比例，因此线径越大线圈末端也越大。另外，线圈的线径越大，线圈间的空隙越增加，成为转矩降低的主要原因。
在本实施方式的线圈组中，串联连接的两个线圈与其他串联连接的两个线圈并联连接。例如，在被分配了相同相的四个层叠齿23上卷绕有四个线圈。由此，能够减小线圈的线径。换言之，能够减小线圈的截面积。例如，在定子20的外径为70mm到100mm的马达10中，能够使用线径为1.2mm到2.0mm的线圈。该情况下的线圈的截面积为1.13mm2到3.14mm2。另外，例如在外径为85mm、旋转轴线方向的长度为36mm的马达10中，能够使用线径为1.8mm以下的线圈来实现高输出化。由于能够减小线圈的线径，所以容易在层叠齿23上卷绕线圈。另外，由于能够减小线圈的最小弯曲半径，因此能够使线圈末端变小。
图9是示出线圈的线径与输出的关系的图。图9的纵轴表示标准化后的马达的输出，横轴表示线圈的线径。图9中的实线401表示本实施方式的独立接线方式的马达10中的线圈的线径与输出的关系。图9中的虚线402表示作为比较例的星形接线方式的马达中的线圈的线径与输出的关系。如图9所示，可知在线圈的线径为1.2mm到2.0mm的范围内，独立接线方式的马达10的输出变大。这样，采用了独立接线方式的马达10与采用了其他接线方式的马达相比，能够增大输出。
另外，也可以考虑将分配给1个相的全部的四个线圈互相并联连接。例如，可考虑将分配给U相的四个线圈211、212、213、214全部互相并联连接。然而，当使所有的线圈互相并联连接时，接线的数量变大，制造成本增大。与此相比，在本实施方式的线圈组201、202、203的结构中，能够减少接线的数量，能够降低制造成本。
在本实施方式的马达10中，接线的数量少，并且能够增大相电压，因此能够增大输出。另外，如果要求的输出相同，则本实施方式的马达10与以往的马达相比能够减小尺寸。
(实施方式2)
汽车等车辆一般具有电动助力转向装置。电动助力转向装置生成辅助转矩，该辅助转矩用于辅助由驾驶员操作方向盘而产生的转向***的转向转矩。辅助转矩由辅助转矩机构生成，能够减轻驾驶员的操作的负担。例如，辅助转矩机构具有转向转矩传感器、ECU、马达以及减速机构等。转向转矩传感器检测转向***中的转向转矩。ECU根据转向转矩传感器的检测信号生成驱动信号。马达基于驱动信号生成与转向转矩对应的辅助转矩，并经由减速机构向转向***传递辅助转矩。
本发明的马达10优选用于电动助力转向装置。图10示意性地示出本实施方式的电动助力转向装置500。电动助力转向装置500具有转向***520和辅助转矩机构540。
转向***520例如具有方向盘521、转向轴522(也称为“转向柱”)、万向联轴节523A、523B、旋转轴524(也称为“小齿轮轴”或“输入轴”)、齿条小齿轮机构525、齿条轴526、左右球接头552A、552B、横拉杆527A、527B、转向节528A、528B以及左右的转向车轮(例如左右前轮)529A、529B。方向盘521经由转向轴522和万向联轴器523A、523B而与旋转轴524连结。齿条轴526经由齿条小齿轮机构525而与旋转轴524连结。齿条小齿轮机构525具有设置在旋转轴524上的小齿轮531和设置在齿条轴526上的齿条532。在齿条轴526的右端依次经由球接头552A、横拉杆527A以及转向节528A而与右转向车轮529A连结。与右侧同样，在齿条轴526的左端依次经由球接头552B、横拉杆527B以及转向节528B而与左转向车轮529B连结。这里，右侧和左侧分别对应从坐在座椅上的驾驶员观察时的右侧和左侧。
根据转向***520，通过驾驶员操作方向盘521而产生转向转矩，并经由齿条小齿轮机构525传递到左右的转向车轮529A、529B。由此，驾驶员能够操作左右的转向车轮529A、529B。
辅助转矩机构540例如具有转向转矩传感器541、ECU 542、马达543、减速机构544以及电力转换装置545。辅助转矩机构540对从方向盘521到左右的转向车轮529A、529B的转向***520施加辅助转矩。另外，辅助转矩有时被称为“附加转矩”。
作为ECU 542，可以使用实施方式的控制电路300，作为电力转换装置545，可以使用实施方式的电力转换装置100。另外，马达543相当于实施方式的马达10。作为具有ECU542、马达543以及电力转换装置545的机电一体型单元，能够适当地使用实施方式的马达10。
转向转矩传感器541检测由方向盘521施加的转向***520的转向转矩。ECU 542基于来自转向转矩传感器541的检测信号(以下，记为“转矩信号”)，生成用于驱动马达543的驱动信号。马达543基于驱动信号产生与转向转矩对应的辅助转矩。辅助转矩经由减速机构544传递到转向***520的旋转轴524。减速机构544例如是蜗轮蜗杆机构。辅助转矩还从旋转轴524传递到齿条小齿轮机构525。
电动助力转向装置500根据辅助转矩施加于转向***520的部位，能够分类为小齿轮辅助型、齿条辅助型以及柱辅助型等。图22例示了小齿轮辅助型的电动助力转向装置500。但是，电动助力转向装置500也可以是齿条辅助型、柱辅助型等。
不仅转矩信号，例如车速信号也可输入到ECU 542。外部设备560例如是车速传感器。或者，外部设备560例如也可以是能够通过CAN(Controller Area Network)等车内网络进行通信的其他ECU。ECU 542的微控制器能够基于转矩信号、车速信号等通过矢量控制等控制马达543。
ECU 542至少基于转矩信号来设定目标电流值。ECU 542优选考虑由车速传感器检测出的车速信号来设定目标电流值，接着考虑由角度传感器320检测出的转子的旋转信号来设定目标电流值。ECU 542能够对马达543的驱动信号、即驱动电流进行控制，以使由电流传感器170检测出的实际电流值与目标电流值一致。
根据电动助力转向装置500，能够利用在驾驶员的转向转矩上加上马达543的辅助转矩后的复合转矩，通过齿条轴526对左右的转向车轮529A、529B进行操作。特别是，提供通过在上述机电一体型单元中利用本发明的马达10来提高部件的品质并且在正常时和异常时都能够进行适当的电流控制的具有马达的电动助力转向装置。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。上述实施方式的描述是示例性的，而不是限制本发明的技术。另外，也可以是将上述实施方式中说明的各构成要素适当组合的实施方式。
产业上的可利用性
本发明的实施方式可以广泛地应用于吸尘器、干燥器、吊扇、洗衣机、冰箱以及电动助力转向装置等具有各种马达的各种设备。
标号说明
10：马达；11：中心轴线；20：定子；21：线圈；22：层叠体；23：层叠齿；24：铁芯背部；30：转子；31：转子铁芯；32：永久磁铁；33：轴；100：电力转换装置；101：电源；102：线圈；103：电容器；110：第1逆变器；140：第2逆变器；201、202、203：线圈组；211、212、213、214：线圈；221、222、223、224：线圈；231、232、233、234：线圈；215、216、225、226、235、236：子线圈组；300：控制电路；310：电源电路；320：角度传感器；330：输入电路；340：微控制器；350：驱动电路；360：ROM；500：电动助力转向装置。

Claims (7)

1.一种马达，其具有：
n相线圈组，n为3以上的整数；
第1逆变器，其与所述n相线圈组的一端连接；
第2逆变器，其与所述n相线圈组的另一端连接；
定子，其卷绕有所述n相线圈组；以及
转子，其能够相对于所述定子相对地进行旋转，
其中，
所述n相线圈组中的至少1个线圈组包含：
第1子线圈组，其包含互相串联连接的第1线圈和第2线圈；以及
第2子线圈组，其包含互相串联连接的第3线圈和第4线圈，
所述第1子线圈组和所述第2子线圈组互相并联连接。
2.根据权利要求1所述的马达，其中，
所述定子的线圈的绕线方式是集中绕线方式。
3.根据权利要求1或2所述的马达，其中，
所述n相线圈组的每一个线圈组包含所述第1子线圈组和所述第2子线圈组，
在所述n相线圈组的每一个线圈组中，所述第1子线圈组和所述第2子线圈组互相并联连接。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的马达，其中，
所述第1相线圈组所包含的线圈的截面积为1.13mm2到3.14mm2。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的马达，其中，
所述定子的外径为70mm到100mm，并且所述第1相线圈组所包含的线圈的线径为1.2mm到2.0mm。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的马达，其中，
所述定子的槽数为12。
7.一种电动助力转向装置，其具有权利要求1至6中的任意一项所述的马达。
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