CN101622772B - 励磁系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降低磁通密度的高次谐波分量的励磁系统。永久磁铁(20)在与旋转轴(P)平行的方向与第1磁性板(1、3)邻接。第1磁性板(1)具有第1和第2磁性体(10、12)以及第1和第2非磁性体(11、13)。第1磁性体(10)包括极中心在内在旋转轴方向与一个永久磁铁邻接。第1磁性体(10)、第1非磁性体(11)、第2磁性体(12)、第2非磁性体(13)按照该顺序沿以极中心为起始点以旋转轴为中心的周向配置。在把极对数设为Pn、把3以上的奇数设为i时，极中心侧的第2非磁性体(13)的端部(131)相对极间形成的夹角θ1为0＜θ1＜180/(i·Pn)，极中心侧的第1非磁性体(11)的端部(111)相对极间形成的夹角θ2为180/(i·Pn)≤θ2≤180·2/(i·Pn)。

Description

励磁系统
技术领域
本发明涉及励磁系统，例如涉及轴向空隙式励磁系统。
背景技术
专利文献1公开了以旋转轴为中心在周向上埋设了多个永久磁铁的径向式转子。在该转子中，在周向上的永久磁铁的两端设有空隙。通过针对每个极改变这些空隙的靠近极中心的端部相对旋转轴形成的夹角来降低齿槽转矩。
另外，专利文献2～4公开了与本发明相关联的技术。
专利文献1：日本特开平11-98731号公报
专利文献2：日本特开平10-201147号公报
专利文献3：日本特开2000-69695号公报
专利文献4：日本特开2002-44888号公报
但是，在专利文献1记载的技术中，转子在每个极中不是相同的形状，所以旋转力产生不均衡，成为诱发振动的一个原因。
并且，在轴向式旋转电机中，期望降低振动和噪声。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够降低振动和噪声的励磁系统。
本发明的励磁系统的第一方式具有：多个永久磁铁(20)，其在预定的轴(P)的周围配置成环状；第1磁性体(10)，其在与所述轴平行的第1方向上与一个所述永久磁铁的磁极面接触；第1非磁性体(11)，其在以所述轴为中心的周向即第2方向上与所述第1磁性体(10)相邻，并在所述第1方向上与所述永久磁铁(20)的一部分重叠；第2磁性体(12)，其在所述第2方向上所述第1磁性体(10)的相反侧与所述第1非磁性体(11)相邻；和第2非磁性体(13)，其在所述第2方向上所述第1非磁性体(11)的相反侧与所述第2磁性体(12)相邻，在把所述永久磁铁在所述轴(P)的周围呈现的磁极对的数量设为Pn、把3以上的整数设为i时，第1夹角θ1和第2夹角θ2为0＜θ1＜180/(i·Pn)且180/(i·Pn)≤θ2≤180·2/(i·Pn)，所述第1夹角θ1是在所述第2方向上所述第2磁性体(12)与所述第2非磁性体(13)之间的边界(131)以所述轴(P)为中心相对基准轴(Q)形成的夹角，所述基准轴(Q)通过在所述第2非磁性体(13)侧与所述一个所述永久磁铁相邻的所述永久磁铁、和所述一个所述永久磁铁之间的中点，而且与以所述轴(P)为中心的径向平行，所述第2夹角θ2是在所述第2方向上所述第1磁性体(10)与所述第1非磁性体(11)之间的边界(111)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角。
本发明的励磁系统的第二方式是在第一方式的励磁系统中，所述第1磁性体(10)的一部分介于所述永久磁铁(20)和所述第1非磁性体(11)之间。
本发明的励磁系统的第三方式是在第一或第二方式的励磁系统中，还具有第3磁性体(14、34)，该第3磁性体(14、34)在所述第2方向上位于所述一个所述永久磁铁和与所述一个所述永久磁铁相邻的所述永久磁铁之间，并沿所述第1方向延伸。
本发明的励磁系统的第四方式是在第一～第三方式中的任一方式的励磁系统中，还具有第4磁性体(15)，该第4磁性体(15)在以所述轴(P)为中心的径向即第3方向上所述第1非磁性体(11)的至少与所述轴(P)相反的一端侧，连接所述第1磁性体(10)以及所述第2磁性体(12)。
本发明的励磁系统的第五方式是在第四方式的励磁系统中，所述第4磁性体(15)在所述第3方向上越过所述第2非磁性体(13)沿所述第2方向延伸。
本发明的励磁系统的第六方式是在第一～第五方式中的任一方式的励磁系统中，所述第1夹角θ1是θ1＝90/(i·Pn)，所述第2夹角θ2是θ2＝180/(i·Pn)。
本发明的励磁系统的第七方式是在第一～第六方式中的任一方式的励磁系统中，i是5或7。
本发明的励磁系统的第八方式是在第一～第七方式中的任一方式的励磁系统中，所述第1非磁性体(11)具有第1非磁性体部(11a)和第2非磁性体部(11b)，所述第2非磁性体部(11b)在所述第2方向上在所述第1磁性体(10)侧与所述第1非磁性体部(11a)相邻，所述第2非磁性体部(11b)在与所述第1方向或所述第3方向平行的方向上的自身长度与所述第1非磁性体部(11a)不同，所述第2非磁性体(13)具有第3非磁性体部(13a)和第4非磁性体部(13b)，所述第4非磁性体部(13b)在所述第2方向上在所述第1磁性体(10)侧与所述第3非磁性体部(13a)相邻，所述第4非磁性体部(13b)在与所述第1方向或所述第3方向平行的方向上的自身长度与所述第3非磁性体部(13a)不同，在把3以上的整数设为j时，其中j是与i不同的值，第3夹角θ3和第4夹角θ4为0＜θ3＜180/(j·Pn)且180/(j·Pn)≤θ4≤180·2/(j·Pn)且θ3＜θ1＜θ4＜θ2，所述第3夹角θ3是在所述第2方向上所述第3非磁性体部(13a)与所述第4非磁性体部(13b)之间的边界(131b)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角，所述第4夹角θ4是在所述第2方向上所述第1非磁性体部(11a)与所述第2非磁性体部(11b)之间的边界(111b)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角。
本发明的励磁系统的第九方式是在第八方式的励磁系统中，所述第3夹角θ3是θ3＝90/(j·Pn)，所述第4夹角θ4是θ4＝180/(j·Pn)。
本发明的励磁系统的第十方式是在第八或第九方式的励磁系统中，j是5或7。
本发明的励磁系统的第十一方式是在第一～第十方式中的任一方式的励磁系统中，还具有：第5磁性体(30)，其在所述第1方向上在所述第1磁性体(10)的相反侧与所述永久磁铁(20)接触；第3非磁性体(31)，其在所述第2方向上与所述第5磁性体(30)相邻，并在所述第1方向上与所述永久磁铁(20)的一部分重叠；第6磁性体(32)，其在所述第2方向上，在所述第5磁性体(30)的相反侧与所述第3非磁性体(31)相邻；和第4非磁性体(33)，其在所述第2方向上在所述第3非磁性体(31)的相反侧与所述第6磁性体(32)相邻，在把3以上的整数设为K时，第5夹角φ1和第6夹角φ2为0＜φ1＜180/(K·Pn)且180/(K·Pn)≤φ2≤180·2/(K·Pn)，其中，所述第5夹角φ1是在所述第2方向上所述第6磁性体(32)与所述第4非磁性体(33)之间的边界(331)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角，所述第6夹角φ2是在所述第2方向上所述第5磁性体(30)与所述第3非磁性体(31)之间的边界(311)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角。
本发明的励磁系统的第十二方式是在第十一方式的励磁系统中，所述第5磁性体(30)的一部分介于所述永久磁铁(20)和所述第3非磁性体(31)之间。
本发明的励磁系统的第十三方式是在第十一或第十二方式的励磁系统中，还具有第7磁性体(35)，该第7磁性体(35)在以所述轴(P)为中心的径向即第3方向上所述第3非磁性体(31)的至少与所述轴(P)相反的一端侧，连接所述第5磁性体(30)以及所述第6磁性体(32)。
本发明的励磁系统的第十四方式是在第十三方式的励磁系统中，所述第7磁性体(35)在所述第3方向上越过所述第4非磁性体(33)沿所述第2方向延伸。
本发明的励磁系统的第十五方式是在第十一～第十四方式中的任一方式的励磁系统中，所述第5夹角φ1是φ1＝90/(K·Pn)，所述第6夹角φ2是φ2＝180/(K·Pn)。
本发明的励磁系统的第十六方式是在第十一～第十五方式中的任一方式的励磁系统中，K是5或7。
本发明的励磁系统的第十七方式是在第十一～第十六方式中的任一方式的励磁系统中，所述第3非磁性体(31)具有第5非磁性体部(31a)和第6非磁性体部(31b)，所述第6非磁性体部(31b)在所述第2方向上在所述第5磁性体(30)侧与所述第5非磁性体部(31a)相邻，所述第6非磁性体部(31b)在与所述第1方向或所述第3方向平行的方向上的自身长度与所述第5非磁性体部(31a)不同，所述第4非磁性体(33)具有第7非磁性体部(33a)和第8非磁性体部(33b)，所述第8非磁性体部(33b)在所述第2方向上在所述第5磁性体(30)侧与所述第7非磁性体部(33a)相邻，所述第8非磁性体部(33b)在与所述第1方向或所述第3方向平行的方向上的自身长度与所述第7非磁性体部(33a)不同，在把3以上的整数设为L时，其中L是与K不同的值，第7夹角φ3和第8夹角φ4为0＜φ3＜180/(L·Pn)且180/(L·Pn)≤φ4≤180·2/(L·Pn)且φ3＜φ1＜φ4＜φ2，其中，所述第7夹角φ3是在所述第2方向上所述第7非磁性体部(33a)与所述第8非磁性体部(33b)之间的边界(331b)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角，所述第8夹角φ4是在所述第2方向上所述第5非磁性体部(31a)与所述第6非磁性体部(31b)之间的边界(311b)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角。
本发明的励磁系统的第十八方式是在第十七方式的励磁系统中，所述第7夹角φ3是φ3＝90/(L·Pn)，所述第8夹角φ4是φ4＝180/(L·Pn)。
本发明的励磁系统的第十九方式是在第十七或第十八方式的励磁系统中，L是5或7。
本发明的励磁系统的第二十方式是在第一～第十九方式中的任一方式的励磁系统中，所述第1磁性体(10)和所述第2磁性体(12)由压粉铁心构成。
根据本发明的励磁系统的第一方式，能够抵消在第1方向上的永久磁铁的相反侧的第1磁性体的表面产生的磁通密度的i次谐波分量，从而能够降低磁通密度的i次谐波分量。进而，当在第1方向上与该励磁系统相对地配置电枢来构成旋转电机时，能够降低在该电枢产生的感应电压的i次谐波分量，从而能够降低旋转电机的振动和噪声。
根据本发明的励磁系统的第二或第十二方式，能够提高永久磁铁的工作点。
根据本发明的励磁系统的第三方式，能够增大q轴电感，从而能够增大磁阻转矩。
根据本发明的励磁系统的第四或第十三方式，能够提高强度。
根据本发明的励磁系统的第五或第十四方式，能够进一步提高强度。
根据本发明的励磁系统的第六方式，第2夹角θ2是最小值，所以第1磁性体在第2方向上扩展，从而能够提高在第1磁性体的中央的表面产生的磁通密度。
根据本发明的励磁系统的第七、第十、第十六或第十九方式，在5次谐波分量和7次谐波分量比较大时效果特别好。
根据本发明的励磁系统的第八方式，还能够抵消在第1方向上的永久磁铁的相反侧的第1磁性体的表面产生的磁通密度的j次谐波分量。
根据本发明的励磁系统的第九方式，能够提高在第2方向上的第1磁性体的中央的表面产生的磁通密度。
根据本发明的励磁系统的第十一方式，能够抵消在第1方向上的永久磁铁的相反侧的第5磁性体的表面产生的磁通密度的K次谐波分量，从而能够降低磁通密度的K次谐波分量。进而，当在第1方向上该励磁系统的两侧以相对的方式配置电枢来构成旋转电机时，能够降低在该电枢中产生的感应电压的i次谐波分量和K次谐波分量，从而能够降低旋转电机的振动和噪声。
根据本发明的励磁系统的第十五方式，第6夹角θ2是最小值，所以第5磁性体在第2方向上扩展，从而能够提高在第5磁性体的中央的表面产生的磁通密度。
根据本发明的励磁系统的第十七方式，还能够抵消在第1方向上的永久磁铁的相反侧的第5磁性体的表面产生的磁通密度的L次谐波分量。
根据本发明的励磁系统的第十八方式，能够提高在第2方向上的第5磁性体的中央的表面产生的磁通密度。
根据本发明的励磁系统的第二十方式，能够容易生产。
附图说明
图1是将第1实施方式的励磁系统沿旋转轴分离表示的示意立体图。
图2是相当于第1实施方式的一个永久磁铁的励磁系统的仰视图。
图3是图2所示的励磁系统的周向剖视图。
图4是表示非磁性体的端部形成的夹角的规定方法的一例的图。
图5是表示产生于磁性体的表面的磁通密度分布的一例的图。
图6是相当于第1实施方式的一个永久磁铁的励磁系统的俯视图。
图7是图6所示的励磁系统的周向剖视图。
图8是相当于第2实施方式的一个永久磁铁的励磁系统的仰视图。
图9是图8所示的励磁系统的周向剖视图。
图10是相当于第3实施方式的一个永久磁铁的励磁系统的仰视图。
图11是将第4实施方式的励磁系统沿旋转轴分离表示的示意立体图。
具体实施方式
根据以下的附图和具体说明，本发明的目的、特征、情况以及优点将更加明确。
参照附图说明本发明的实施方式。另外，相同标号表示相同或相当的部分，省略重复的说明。
第1实施方式
说明本发明的第1实施方式的励磁系统。图1是将该励磁系统沿旋转轴P分解得到的示意立体图。图1所示的励磁系统是所谓轴向空隙式励磁系统。
该励磁系统具有永久磁铁20和磁性板1、3。
永久磁铁20沿与旋转轴P平行的方向(以下称为旋转轴方向)被磁化。永久磁铁20被配置成为环状，并使磁化方向在旋转轴P的周围交替不同。在图1中示例了配置有4个永久磁铁20的所谓4极励磁系统。
磁性板1、3例如具有以旋转轴P为中心的环状的平板形状。磁性体1、3和永久磁铁20在图1中被分解示出，但实际上永久磁铁20被磁性板1、3夹持旋转轴方向的两端面。在此也参照图2、3，说明更具体的磁性板1、3的形状。图2是图1所示的励磁系统中相当于一个永久磁铁20的部分的仰视图。图3是图2所示的励磁系统中以旋转轴P为中心的周向(以下称为周向)上、非磁性体11、13所在的位置处的剖视图。另外，在图2中，利用双点划线表示一个永久磁铁20相对磁性板1的相对位置。
磁性板1具有磁性体10、12、14、15和非磁性体11、13。磁性板3具有磁性体30、32、34、35和非磁性体31、33。磁性板3具有与磁性板1相同的形状。具体地讲，磁性体30、32、34、35和非磁性体31、33分别具有与磁性体10、12、14、15和非磁性体11、13相同的形状。下面代表性地说明磁性板1，省略对磁性板3的说明。
磁性体10在旋转轴方向上与一个永久磁铁20的磁极面邻接。非磁性体11例如是空气层，在周向上与磁性体10相邻，在旋转轴方向上与一个永久磁铁20的一部分重合。更加具体地讲，在周向上相当于一个永久磁铁20的两端的位置处设有非磁性体11。非磁性体11沿以旋转轴为中心的径向(以下称为径向)延伸。
并且，在图3中，非磁性体11被例示为在旋转轴方向上在与永久磁铁20的相反侧开口的凹部，磁性体10的一部分介在于永久磁铁20和非磁性体11之间。另外，磁性体10的一部分介在于永久磁铁20和非磁性体11之间并不是必须条件，但由此能够提高永久磁铁20的动作点。
在周向上，磁性体12在磁性体10的相反侧与非磁性体11相邻。磁性体12也沿径向延伸。
非磁性体13例如是空气层，在周向上在与非磁性体11的相反侧与磁性体12相邻。非磁性体13被设置在旋转轴方向上与永久磁铁20不重合的位置，在图3中被示例为贯通孔。并且，非磁性体13大致以相等的宽度沿径向延伸。
非磁性体13在旋转轴方向上贯穿磁性板1，所以能够降低永久磁铁20的漏磁通。但是，为了发挥该效果，优选非磁性体13在周向上的宽度具有某种程度的大小。非磁性体13一般是为了降低漏磁通而设置的。
磁性体14位于周向上相邻的永久磁铁20彼此之间，并沿旋转轴方向延伸。在图3中，磁性体14具有沿旋转轴方向突出的突起形状，其突出程度为永久磁铁20在旋转轴方向上的厚度的一半。并且，磁性体14与磁性板3具有的磁性体34在旋转轴方向连续。
另外，磁性体14、34不是必须的要素，但利用该磁性体14、34能够增大q轴电感，从而能够提高磁阻转矩。
磁性体15在径方向上的非磁性体11的至少与旋转轴P相反的一端侧，将磁性体10、12连接。在图1～3例示的励磁系统中，磁性体15在径向上的非磁性体11的两端侧将磁性体10、12连接。另外，磁性体15不是必须的要素，但利用该磁性体15能够提高磁性板1的强度。并且，磁性体15在径向上越过非磁性体13沿周向延伸。由此，能够进一步提高磁性板1的强度。另外，优选径向上的磁性体15的宽度比较小。这是因为能够防止通过磁性体15产生的漏磁通。
并且，该励磁系统在旋转轴方向的两侧隔开预定的间隙(气隙)配置有未图示的电枢，并与该电枢一起构成旋转电机。另外，关于励磁系统的保持，有使用以旋转轴P为中心的圆柱状非磁性体轴的方式、使用非磁性体的轮毂的方式、利用非磁性体保持励磁系统整体的方式、铸模保持的方式等。
在这种结构的旋转电机中，由于永久磁铁20，在永久磁铁20的相反侧的磁性板1、3的表面产生磁通。在相当于一个永久磁铁20的相应表面产生的磁通密度分布，关于通过周向的一个永久磁铁的中央(以下称为极中心)的与径向平行的轴R对称。如图2、3所示，这是因为相当于一个永久磁铁20部分的励磁系统的形状关于轴R对称。
并且，在周向上相邻的永久磁铁20在磁性板1(或磁性板3)上呈现的磁极的极性彼此不同。因此，在磁性板1、3的表面产生的磁通密度分布中，在周向上相邻的永久磁铁20彼此之间的中点(以下称为极间)处，磁通密度为零。
即，该磁通密度分布包括把相邻的极间彼此之间的周向上的长度作为半波长的波形、和把该波形作为基波分量的奇数次高次谐波分量。这些高次谐波分量成为振动和噪声的一个原因，尤其是5次谐波分量、7次谐波分量，它们与11次谐波成分以上的高次谐波成分相比，振幅大，容易形成噪声。
在此，参照图2，把周向上的磁性体12与非磁性体13之间的边界131以旋转轴P为中心相对基准轴Q形成的夹角设为θ1，把周向上的磁性体10与非磁性体11之间的边界111以旋转轴P为中心相对基准轴Q形成的夹角设为θ2。另外，基准轴Q是通过极间并与径向平行的轴。并且，在把励磁系统的极对数设为Pn、把3以上的奇数设为i时，在符合下式的位置分别设有非磁性体11、13。另外，所说极对数是指永久磁铁20在旋转轴P的周围所呈的磁极对的数量。
0＜θ1＜180/(i·Pn)       ......(1)
且
180/(i·Pn)≤θ2≤180·2/(i·Pn)......(2)
另外，在图2中，把边界111、131大致沿着径向延伸作为前提，但不限于此。例如，如图4所示，在边界111相对径向倾斜时，可以将夹角θ2规定为与电枢相对的部分的平均角度。具体地讲，当电枢(尤其卷绕了绕组的铁心)位于在图4中夹在双点划线之间的部分时，例如可以把边界111中与电枢相对的部分的中点M以旋转轴P为中心相对基准轴Q形成的夹角规定为θ2。
图5是表示相当于一个永久磁铁20的励磁系统中、非磁性体11、13所在的位置处的剖视图、和产生于磁性板1、3表面的磁通密度的一例的图。参照图5，当非磁性体13位于符合关系式(1)的位置时，在产生于磁性板1的表面的磁通密度分布中，磁通密度在该范围内下降，从而产生在该范围内成为谷的i次谐波分量(在极间为零)。即，由于为了降低漏磁通而设置的非磁性体13，而产生i次谐波分量。
并且，为了降低起因于非磁性体13的i次谐波分量，在符合关系式(2)的位置处设置非磁性体11。由于非磁性体11，在产生于磁性板1表面的磁通密度分布中，磁通密度在该范围内下降，从而产生在该范围内成为谷的i次谐波分量(在极间为零)。
即，由于非磁性体13而产生的i次谐波分量和相位偏移180°(半波长)后的i次谐波分量是起因于非磁性体11而产生的。因此，能够使这些i次谐波分量互相抵消，而降低该磁通密度的i次谐波分量。另外，磁性板3具有与磁性板1相同的形状，所以同样能够降低产生于磁性板3表面的磁通密度的i次谐波分量。
因此，能够在设置非磁性体13降低漏磁通的同时，降低在配置于该励磁系统的两侧的电枢产生的感应电压的i次谐波分量，从而能够降低振动和噪声。
另外，优选夹角θ2＝180/(i·Pn)。此时，夹角θ2是最小值，所以磁性体10在周向上扩展，从而能够提高产生于磁性体10中央的表面的磁通密度。此时，考虑磁性体12、14的位置，可以使非磁性体13位于符合夹角θ1＝90/(i·Pn)的位置。
在此，在电枢采用集中绕组构成时，一般5次谐波分量和7次谐波分量比较大。该情况时，例如可以按照下面所述设置非磁性体11、13，在该励磁系统中为了降低磁通密度的5次谐波分量，设i＝5，此处设极对数为2，所以将Pn＝2和i＝5这两个数值分别代入各个关系式(1)、(2)，使非磁性体11、13的位置满足0＜θ1＜18°而且18°≤θ2≤36°，更优选θ1＝9°、θ2＝18°。
另外，上面说明了磁性板3是与磁性板1相同的形状，但不限于此。例如，非磁性体31、33相对磁性板3的相对位置和非磁性体11、13相对磁性板1的相对位置也可以彼此不同。下面进行具体说明。
图6表示图1所示的励磁系统的示意俯视图中、相当于一个永久磁铁20的部分。图7是图6所示的励磁系统的周向上、非磁性体部31、33所在的位置处的剖视图。把周向上的磁性体32与非磁性体33之间的边界331以旋转轴P为中心相对基准轴Q形成的夹角设为φ1，把周向上的磁性体30与非磁性体31之间的边界311以旋转轴P为中心相对基准轴Q形成的夹角设为φ2。在把3以上的奇数设为K时，可以在满足下式的位置处分别设置非磁性体31、33。
0＜φ1＜180/(K·Pn)......(3)
且
180/(K·Pn)≤φ2≤180·2/(K·Pn)......(4)
该情况时，在一个永久磁铁20的相反侧的磁性体30的表面产生的磁通密度分布中，能够降低K次谐波分量。即，不仅能够降低在旋转轴方向上的配置于该励磁系统两侧的电枢中产生的感应电压的i次谐波分量，还能够降低K次谐波分量。因此，能够进一步降低振动和噪声。另外，与磁性板1相同，优选φ1＝90/(K·Pn)且φ2＝180/(K·Pn)。另外，例如在设为i＝5、K＝7来构成磁性板1、3时，在使用了集中绕组的电枢的旋转电机中效果特别好。
另外，磁性板3不必一定具有非磁性体31。例如，利用设于磁性板1的非磁性体11、13能够充分降低i次谐波分量，如果不需要降低其他次高次谐波分量，则可以不设置非磁性体31。关于非磁性体33也相同，但从降低永久磁铁20的漏磁通的观点考虑，优选将非磁性体33设置成为在旋转轴方向贯穿磁性板3。
另外，如果在上述的任一励磁系统中相当于一个永久磁铁20的部分的形状都是关于轴R对称，并且相当于全部永久磁铁20的部分的形状也相同，则能够防止励磁系统相对旋转轴P的倾斜。由此，能够保持电枢和该励磁系统之间的间隙(气隙)精度，能够防止起因于该倾斜的旋转电机的特性劣化。
另外，在利用空气层构成如上所述的非磁性体11、13、31、33时，由于强度下降，有可能因为旋转带来的离心力导致磁性板1、3变形。但是，根据本励磁系统，不容易产生旋转轴方向的变形，所以不容易对励磁系统和电枢之间的距离(气隙)造成影响。因此，具有旋转电机的特性不易劣化的优点。
另外，优选磁性板1、3利用压粉铁心构成。例如，在利用层压钢板构成磁性板1、3时，通过冲孔在层压钢板上设置贯通孔，以便在磁性板1上设置非磁性体11、13。用于形成这种贯通孔的冲孔部件，例如由于数万次的冲孔而会磨损得不能再使用。另一方面，本励磁系统能够利用压粉铁心构成磁性板1、3，所以不会产生这种冲孔部件的耐久性问题，从而能够提高生产性。
另外，在利用压粉铁心构成磁性板1、3时，磁性板1、3在旋转轴方向上的厚度的台阶小时比较好。在该台阶较大时，例如需要反复进行冲压成形，有时会导致生产性的下降。因此，磁性体14、34这一组也可以与磁性板1、3单独成形。该情况时，能够提高生产性。
另外，一般在装配轴向空隙式旋转电机时，为了得到所期望的空隙，使用塞尺进行组装或检查。具体地讲，将塞尺从磁性板1、3的外周侧插入电枢和励磁系统之间，进行组装或检查。此时，根据磁性体15、35，如果各个磁性板1、3的外周是连续的，则可以从任意方向插入塞尺，所以能够容易进行组装或检查。另外，从旋转电机的特性方面考虑，优选磁性体15、35不在旋转轴方向与电枢具有的铁心相对。
另外，在该第1实施方式中，磁性板1、3在周向上连续，但也可以是针对每个永久磁铁20，磁性板1、3的任一方在周向上分离。该情况时，能够在分离的磁性板侧进一步降低漏磁通。
第2实施方式
通过叙述与第1实施方式的不同之处，说明本发明的第2实施方式的励磁系统。图8是该励磁系统的示意仰视图。图9是图8所示的励磁系统的周向上、非磁性体11、13所在的位置处的剖视图。在图8、9中示出相当于一个永久磁铁20的部分。
非磁性体11具有非磁性体部11a、11b，非磁性体13具有非磁性体部13a、13b。非磁性体31具有非磁性体部31a、31b，非磁性体33具有非磁性体部33a、33b。下面，首先说明磁性板1、3具有彼此相同的形状的情况。
非磁性体部11a例如是空气层。非磁性体部11b例如是空气层，在周向上在磁性体10侧与非磁性体部11a相邻。并且，非磁性体部11a、11b在旋转轴方向的自身的长度(即，旋转轴方向上的厚度，以下称为厚度)彼此不同。更加具体地讲，非磁性体部11b的厚度比非磁性体部11a的厚度薄。
非磁性体部13a例如是空气层。非磁性体部13b例如是空气层，在周向在磁性体10侧与非磁性体部13a相邻。并且，非磁性体部13a、13b的厚度彼此不同。更加具体地讲，非磁性体部13b的厚度比非磁性体部13a的厚度薄。另外，非磁性体部13a的厚度与磁性体10的厚度相同。换言之，非磁性体部13a在旋转轴方向贯穿磁性板1。
把周向上的非磁性体部13a与非磁性体部13b之间的边界131b以旋转轴P为中心相对基准轴Q形成的夹角设为θ3，把周向上的非磁性体部11a与非磁性体部11b之间的边界111b以旋转轴P为中心相对基准轴Q形成的夹角设为θ4。并且，在把3以上的奇数设为j时，其中j是与i不同的值，在满足下式的位置处分别设有非磁性体部11a、11b、13a、13b。
0＜θ1＜180/(i·Pn)        ......(1)
且
180/(i·Pn)≤θ2≤180·2/(i·Pn)......(2)
且
0＜θ3＜180/(j·Pn)......(5)
且
180/(j·Pn)≤θ3≤180·2/(j·Pn)......(6)
且
θ3＜θ1＜θ4＜θ2......(7)
另外，与第1实施方式相同，虽然把边界111b、131b大致沿着径向延伸作为前提，但不限于此。
另外，与在第1实施方式中叙述的相同，在磁性板1的表面，由于非磁性体部11a、13a产生相位彼此偏移180°(半波长)的j次谐波分量。因此，能够使这些j次谐波分量互相抵消，而降低产生于磁性板1表面的磁通密度分布的j次谐波分量。因此，不仅降低产生于电枢的感应电压的i次谐波分量，也能够降低j次谐波分量，从而能够进一步降低振动和噪声。
另外，与第1实施方式相同，优选θ3＝90/(j·Pn)、θ4＝180/(j·Pn)。如果是这种情况，由于旋转轴方向的厚度较小的非磁性体部11b在周向上较宽，所以能够提高产生于磁性板1表面的磁通密度。
另外，非磁性体11(13)分别具有厚度不同的两个非磁性体部11a、11b(13a、13b)，但不限于此，也可以具有厚度彼此不同的三个非磁性体部。如果是这种情况，则能够降低三个次数的高次谐波分量。当然，也可以具有四个以上的非磁性体部。
另外，与第1实施方式相同，不限于磁性板3与磁性板1具有相同的形状。具体地讲，把周向上的非磁性体部33a与非磁性体部33b之间的边界331b以旋转轴P为中心相对基准轴Q形成的夹角设为φ3，把周向上的非磁性体部31a与非磁性体部31b之间的边界311b以旋转轴P为中心相对基准轴Q形成的夹角设为φ4，把彼此不同的3以上的奇数设为L，其中L是与K不同的值，此时，可以在满足下式的位置处分别设置非磁性体部31a、31b、33a、33b。
0＜φ1＜180/(K·Pn)......(3)
且
180/(K·Pn)≤φ2≤180·2/(K·Pn)......(4)
且
0＜φ3＜180/(L·Pn)......(8)
且
180/(L·Pn)≤φ4≤180·2/(L·Pn)......(9)
且
φ3＜φ1＜φ4＜φ2......(10)
该情况时，能够降低产生于磁性板3的表面的磁通密度分布的K次谐波分量和L次谐波分量。因此，能够降低产生于电枢中的感应电压的i次谐波分量、j次谐波分量、K次谐波分量和L次谐波分量，从而能够进一步降低振动和噪声。另外，优选φ3＝90/(L·Pn)、φ4＝180/(L·Pn)。另外，非磁性体31、33也可以分别具有厚度彼此不同的3个以上的非磁性体部。另外，如果把i、j、K或L适当设定为5或7，则在5次谐波分量和7次谐波分量较大的情况下(例如电枢利用集中绕组构成的情况下)效果特别好。
第3实施方式
通过叙述与第2实施方式的不同之处，说明本发明的第3实施方式的励磁系统。图10表示本励磁系统的仰视图中相当于一个永久磁铁20的部分。另外，图10所示的励磁系统的周向上、非磁性体11、13所在的位置处的示意剖视图与图3大致相同。
非磁性体部11a、11b在径向的自身的长度(以下简称为长度)彼此不同。具体地讲，非磁性体部11b的长度比非磁性体部11a的长度短。另外，非磁性体部11a、11b的厚度彼此相同。
非磁性体部13a、13b的长度彼此不同。具体地讲，非磁性体部13b的长度比非磁性体部13a的长度短。另外，非磁性体部13a、13b的厚度与磁性体10相同。换言之，非磁性体部13a、13b在旋转轴方向上贯穿磁性板1。
与第2实施方式相同，磁性板3具有与磁性板1相同的形状，把非磁性体部11a、11b、13a、13b设置在满足关系式(1)(2)(5)(6)(7)的位置。由此，能够降低产生于电枢中的感应电压的i次谐波分量和j次谐波分量。
另外，在非磁性体部31a、31b、33a、33b相对磁性板3的相对位置和非磁性体部11a、11b、13a、13b相对磁性板1的相对位置不同的情况下，把非磁性体部31a、31b、33a、33b设置在满足关系式(3)(4)(8)(9)(10)的位置处。由此，能够降低产生于电枢中的感应电压的i次谐波分量、j次谐波分量、K次谐波分量和L次谐波分量。
另外，非磁性体11、13、31、33也可以分别具有4个以上的非磁性体部，从第2实施方式的观点考虑，这些非磁性体在旋转轴方向的厚度或在径向的长度也可以彼此不同。
第4实施方式
说明本发明的第4实施方式。图11是将本励磁系统沿旋转轴P分解表示的示意立体图。
本励磁系统具有磁性板1、永久磁铁20和磁性板4。
磁性板1是在第1～第3实施方式的任一方式中叙述的磁性板1。在图11中示出了不具有在第2实施方式中叙述的磁性板1中的磁性体14、15的磁性板。即，对于每个永久磁铁20，磁性板1在周向上被分离。
磁性板4具有以旋转轴P为中心并包含呈环状的周缘的平板形状。并且，磁性板4具有充足的厚度，以便发挥作为所谓背轭铁(back yoke)的作用。
另外，本励磁系统能够在旋转轴方向上在磁性板1侧隔开预定的间隙配置电枢，并与该电枢一起构成旋转电机。在该情况下，也能够降低产生于电枢中的感应电压的i次谐波分量和j次谐波分量。另外，由于磁性板1对于每个永久磁铁20在周向上被分离，所以还能够降低永久磁铁20的漏磁通。
以上具体说明了本发明，但上述的说明只是全部方面中的示例而已，本发明不限于此。应该理解为在不脱离本发明的范围的情况下，能够容易得到未例示的无数变形例。

Claims (20)

1.一种励磁系统，其具有：
多个永久磁铁(20)，其在预定的轴(P)的周围配置成环状；
第1磁性体(10)，其在与所述轴平行的第1方向上与一个所述永久磁铁的磁极面接触；
第1非磁性体(11)，其在以所述轴为中心的周向即第2方向上与所述第1磁性体(10)相邻，并在所述第1方向上与所述永久磁铁(20)的一部分重叠；
第2磁性体(12)，其在所述第2方向上所述第1磁性体(10)的相反侧与所述第1非磁性体(11)相邻；和
第2非磁性体(13)，其在所述第2方向上所述第1非磁性体(11)的相反侧与所述第2磁性体(12)相邻，
在把所述永久磁铁在所述轴(P)的周围呈现的磁极对的数量设为Pn、把3以上的整数设为i时，第1夹角θ1和第2夹角θ2为0＜θ1＜180/(i·Pn)且180/(i·Pn)≤θ2≤180·2/(i·Pn)，其中，所述第1夹角θ1是在所述第2方向上所述第2磁性体(12)与所述第2非磁性体(13)之间的边界(131)以所述轴(P)为中心相对基准轴(Q)形成的夹角，所述基准轴(Q)通过在所述第2非磁性体(13)侧与所述一个所述永久磁铁相邻的所述永久磁铁、和所述一个所述永久磁铁之间的中点，而且与以所述轴(P)为中心的径向平行，所述第2夹角θ2是在所述第2方向上所述第1磁性体(10)与所述第1非磁性体(11)之间的边界(111)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角。
2.根据权利要求1所述的励磁系统，其中，所述第1磁性体(10)的一部分介于所述永久磁铁(20)和所述第1非磁性体(11)之间。
3.根据权利要求1或2所述的励磁系统，其中，该励磁系统还具有第3磁性体(14、34)，该第3磁性体(14、34)在所述第2方向上位于所述一个所述永久磁铁和与所述一个所述永久磁铁相邻的所述永久磁铁之间，并沿所述第1方向延伸。
4.根据权利要求1或2所述的励磁系统，其中，该励磁系统还具有第4磁性体(15)，该第4磁性体(15)在以所述轴(P)为中心的径向即第3方向上所述第1非磁性体(11)的至少与所述轴(P)相反的一端侧，连接所述第1磁性体(10)以及所述第2磁性体(12)。
5.根据权利要求4所述的励磁系统，其中，所述第4磁性体(15)在所述第3方向上越过所述第2非磁性体(13)沿所述第2方向延伸。
6.根据权利要求1或2所述的励磁系统，其中，所述第1夹角θ1是θ1＝90/(i·Pn)，所述第2夹角θ2是θ2＝180/(i·Pn)。
7.根据权利要求1或2所述的励磁系统，其中，i是5或7。
8.根据权利要求1或2所述的励磁系统，其中，
所述第1非磁性体(11)具有第1非磁性体部(11a)和第2非磁性体部(11b)，
所述第2非磁性体部(11b)在所述第2方向上在所述第1磁性体(10)侧与所述第1非磁性体部(11a)相邻，所述第2非磁性体部(11b)在与所述第1方向或所述第3方向平行的方向上的自身长度与所述第1非磁性体部(11a)不同，
所述第2非磁性体(13)具有第3非磁性体部(13a)和第4非磁性体部(13b)，
所述第4非磁性体部(13b)在所述第2方向上在所述第1磁性体(10)侧与所述第3非磁性体部(13a)相邻，所述第4非磁性体部(13b)在与所述第1方向或所述第3方向平行的方向上的自身长度与所述第3非磁性体部(13a)不同，
在把3以上的整数设为j时，其中j是与i不同的值，第3夹角θ3和第4夹角θ4为0＜θ3＜180/(j·Pn)且180/(j·Pn)≤θ4≤180·2/(j·Pn)且θ3＜θ1＜θ4＜θ2，其中，所述第3夹角θ3是在所述第2方向上所述第3非磁性体部(13a)与所述第4非磁性体部(13b)之间的边界(131b)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角，所述第4夹角θ4是在所述第2方向上所述第1非磁性体部(11a)与所述第2非磁性体部(11b)之间的边界(111b)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角。
9.根据权利要求8所述的励磁系统，其中，所述第3夹角θ3是θ3＝90/(j·Pn)，所述第4夹角θ4是θ4＝180/(j·Pn)。
10.根据权利要求8所述的励磁系统，其中，j是5或7。
11.根据权利要求1或2所述的励磁系统，其中，该励磁系统还具有：
第5磁性体(30)，其在所述第1方向上在所述第1磁性体(10)的相反侧与所述永久磁铁(20)接触；
第3非磁性体(31)，其在所述第2方向上与所述第5磁性体(30)相邻，并在所述第1方向上与所述永久磁铁(20)的一部分重叠；
第6磁性体(32)，其在所述第2方向上在所述第5磁性体(30)的相反侧与所述第3非磁性体(31)相邻；和
第4非磁性体(33)，其在所述第2方向上在所述第3非磁性体(31)的相反侧与所述第6磁性体(32)相邻，
在把3以上的整数设为K时，第5夹角φ1和第6夹角φ2为0＜φ1＜180/(K·Pn)且180/(K·Pn)≤φ2≤180·2/(K·Pn)，其中，所述第5夹角φ1是在所述第2方向上所述第6磁性体(32)与所述第4非磁性体(33)之间的边界(331)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角，所述第6夹角φ2是在所述第2方向上所述第5磁性体(30)与所述第3非磁性体(31)之间的边界(311)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角。
12.根据权利要求11所述的励磁系统，其中，所述第5磁性体(30)的一部分介于所述永久磁铁(20)和所述第3非磁性体(31)之间。
13.根据权利要求11所述的励磁系统，其中，该励磁系统还具有第7磁性体(35)，该第7磁性体(35)在以所述轴(P)为中心的径向即第3方向上所述第3非磁性体(31)的至少与所述轴(P)相反的一端侧，连接所述第5磁性体(30)以及所述第6磁性体(32)。
14.根据权利要求13所述的励磁系统，其中，所述第7磁性体(35)在所述第3方向上越过所述第4非磁性体(33)沿所述第2方向延伸。
15.根据权利要求11所述的励磁系统，其中，所述第5夹角φ1是φ1＝90/(K·Pn)，所述第6夹角φ2是φ2＝180/(K·Pn)。
16.根据权利要求11所述的励磁系统，其中，K是5或7。
17.根据权利要求11所述的励磁系统，其中，
所述第3非磁性体(31)具有第5非磁性体部(31a)和第6非磁性体部(31b)，
所述第6非磁性体部(31b)在所述第2方向上在所述第5磁性体(30)侧与所述第5非磁性体部(31a)相邻，所述第6非磁性体部(31b)在与所述第1方向或所述第3方向平行的方向上的自身长度与所述第5非磁性体部(31a)不同，
所述第4非磁性体(33)具有第7非磁性体部(33a)和第8非磁性体部(33b)，所述第8非磁性体部(33b)在所述第2方向上在所述第5磁性体(30)侧与所述第7非磁性体部(33a)相邻，所述第8非磁性体部(33b)在与所述第1方向或所述第3方向平行的方向上的自身长度与所述第7非磁性体部(33a)不同，
在把3以上的整数设为L时，其中L是与K不同的值，第7夹角φ3和第8夹角φ4为0＜φ3＜180/(L·Pn)且180/(L·Pn)≤φ4≤180·2/(L·Pn)且φ3＜φ1＜φ4＜φ2，其中，所述第7夹角φ3是在所述第2方向上所述第7非磁性体部(33a)与所述第8非磁性体部(33b)之间的边界(331b)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角，所述第8夹角φ4是在所述第2方向上所述第5非磁性体部(31a)与所述第6非磁性体部(31b)之间的边界(311b)以所述轴(P)为中心相对所述基准轴(Q)形成的夹角。
18.根据权利要求17所述的励磁系统，其中，所述第7夹角φ3是φ3＝90/(L·Pn)，所述第8夹角φ4是φ4＝180/(L·Pn)。
19.根据权利要求17所述的励磁系统，其中，L是5或7。
20.根据权利要求1或2所述的励磁系统，其中，所述第1磁性体(10)和所述第2磁性体(12)由压粉铁心构成。
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