CN102447320A - 电动旋转机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动旋转机械，包括定子、转子和多个磁屏蔽。定子包括定子芯和缠绕在定子芯上的定子线圈。定子芯具有沿定子芯的周向方向布置的多个定子齿。转子包括转子芯，转子芯中形成有多个磁性凸极。磁性凸极面对定子齿并且在其间形成有气隙。每个磁屏蔽或者设置在对应的其中一个定子齿的相对于转子的旋转方向而言的前侧、或者设置在对应的其中一个磁性凸极的相对于转子的旋转方向而言的后侧以引起磁通量，该磁通量抑制阻碍转子旋转的电磁力的产生。

Description

电动旋转机械

技术领域

本发明涉及一种用在例如机动车中作为电动马达和发电机的电动旋转机械。另外，本发明还能够应用于工业机械和家用电器。

背景技术

图20示出了常规的电动旋转机械100(例如见日本专利申请公开号No.2001-268868)。电动旋转机械100包括定子104和转子105。定子104包括定子芯102和缠绕在定子芯102上的定子线圈103。定子芯102具有沿定子芯102的周向方向以预定间隔布置的多个定子齿101。此外，每个定子齿101具有形成于其远端处的多个(例如，在图20中为4个)定子小齿108。转子105以可旋转的方式布置在定子104的径向内侧。转子105具有多个转子小齿110，所述转子小齿110形成在转子105的径向外周上以面对定子小齿108，并且在转子小齿110与定子小齿108之间形成有气隙109。转子105通过定子小齿108与转子小齿110之间产生的正电磁力而旋转。以下，正电磁力指代对电动旋转机械100的转矩作出贡献的电磁力。

此外，就增大电动旋转机械100的转矩而言，优选地将定子小齿108和转子小齿110的周向节距设定得较小，换言之，将定子小齿108和转子小齿110的数目设定得较大。

然而，如果定子小齿108和转子小齿110的周向节矩设定得过小，也有可能在定子小齿108与转子小齿110之间产生负电磁力。负电磁力阻碍转子105的旋转，从而减小了电动旋转机械100的转矩。

因此，期望抑制在定子小齿108与转子小齿110之间产生负电磁力，从而增大电动旋转机械100的转矩。

另外，产生磁阻转矩的电动旋转机械——如磁阻同步马达——通常涉及因其定子与转子之间产生的负电磁力而导致转矩减小的问题。

发明内容

根据一个实施方式，提供了第一电动旋转机械，其包括定子、转子和多个磁屏蔽。定子包括定子芯和缠绕在定子芯上的定子线圈。定子芯具有沿定子芯的周向方向布置的多个定子齿。转子包括转子芯，转子芯中形成有多个磁性凸极。磁性凸极面对定子齿并且在磁性凸极与定子齿之间形成有气隙。每个磁屏蔽或者设置在对应的其中一个定子齿的相对于转子的旋转方向而言的前侧、或者设置在对应的其中一个磁性凸极的相对于转子的旋转方向而言的后侧以引起磁通量，该磁通量抑制阻碍转子旋转的电磁力的产生。

因此，采用磁屏蔽，能够抑制在定子齿与磁性凸极之间产生负电磁力，从而增大第一电动旋转机械的转矩。

根据另一实施方式，提供了第二电动旋转机械，其包括定子和转子。定子包括定子芯和缠绕在定子芯上的定子线圈。定子芯具有沿定子芯的周向方向布置的多个定子齿。每个定子齿具有形成于其远端处的多个定子小齿。转子包括转子芯，转子芯中形成有多个转子小齿。转子小齿面对定子小齿并且在转子小齿与定子小齿之间形成有气隙。此外，对于每个定子齿，在该定子齿的定子小齿处设置有多个磁屏蔽以引起磁通量，该磁通量抑制阻碍转子旋转的电磁力的产生。

因此，通过磁屏蔽，能够抑制在定子小齿与转子小齿之间产生负电磁力。其结果是，能够增大第二电动旋转机械的转矩。另外，还使得能够通过增大定子小齿和转子小齿的数目来进一步增大第二电动旋转机械的转矩。

根据进一步的实施方式，在第一和第二电动旋转机械中，每个磁屏蔽由导电体制成。因此，能够在每个磁屏蔽中感应出涡电流或短路电流，从而引起抑制负电磁力产生的磁通量。

此外，在第一电动旋转机械中，磁屏蔽与定子芯和转子芯电绝缘。因此，防止了在磁屏蔽中感应出的涡电流或短路电流流入定子芯和转子芯。其结果是，能够可靠地抑制负电磁力的产生而不影响正电磁力的产生。

类似地，在第二电动旋转机械中，磁屏蔽与定子小齿电绝缘。因此，防止了在磁屏蔽中感应出的涡电流或短路电流流入定子小齿。其结果是，能够可靠地抑制负电磁力的产生而不影响正电磁力的产生。

此外，在第一和第二电动旋转机械中，每个磁屏蔽由铜或铝制成，二者都具有低电阻率。因此，能够容易地在磁屏蔽中感应出涡电流或短路电流，从而更加有效地抑制负电磁力的产生。

在第一和第二电动旋转机械中，每个磁屏蔽可由导电板构成。在这种情况下，能够在每个磁屏蔽的表面处感应出涡电流，从而引起抑制负电磁力产生的磁通量。

可替代地，每个磁屏蔽可由短路线圈构成。在这种情况下，能够在每个磁屏蔽中感应出短路电流，从而引起抑制负电磁力产生的磁通量。

在第一电动旋转机械中，转子芯的每个磁性凸极可由朝向定子突出的凸起构成。

可替代地，在第一电动旋转机械中，转子芯可包括沿转子芯的周向方向以预定间隔布置的多个大致U形的转子芯部段。每个转子芯部段可具有一对凸起部以及连接部，一对凸起部分别以朝向定子突出的方式形成于转子芯部段的相对的周向端部处，连接部沿转子芯的周向方向延伸以连接凸起部。定子芯的每个磁性凸极可由不同转子芯部段的对应的一对周向相邻的凸起部构成。

作为另一替代性实施方式，在第一电动旋转机械中，转子芯可具有多个高磁阻部和多个低磁阻部。高磁阻部在转子芯的周向方向上彼此间隔开。每个低磁阻部具有低于高磁阻部的磁阻并且形成于对应的一对周向相邻的高磁阻部之间。转子芯的每个磁性凸极可由对应的其中一个低磁阻部构成。

在第一电动旋转机械中，每个定子齿可具有形成于其远端处的多个定子小齿。转子芯可具有多个转子小齿，每个转子小齿构成磁性凸极中的一个。每个磁屏蔽可或者设置在对应的其中一个定子小齿的相对于转子的旋转方向而言的前侧、或者设置在对应的其中一个转子小齿的相对于转子的旋转方向而言的后侧。

优选地，在第二实施方式中，每个转子小齿的形状设定成相对于假想线不对称，该假想线定义为穿过转子小齿的位于其近端处的周向中心以及转子的旋转轴的径向中心直线延伸。对于每个转子小齿，气隙在转子小齿的相对于转子的旋转方向而言的后侧比在转子小齿的相对于转子的旋转方向而言的前侧更宽。

利用以上构造，对于每个转子小齿，能够降低转子小齿与位于该转子小齿后侧的定子小齿之间的磁导率，从而进一步减小负磁力。

附图说明

通过以下提供的详细描述和本发明优选实施方式的附图，能够更加全面地理解本发明，然而，这些描述和附图不应视为局限于具体实施方式，而只是为了阐释和便于理解。

在附图中：

图1是根据本发明第一实施方式的电动旋转机械的定子和转子二者的轴向端部视图；

图2是电动旋转机械的一部分的放大轴向端部视图；

图3A的示意图示出当不为磁性凸极设置磁屏蔽时、电动旋转机械中的其中一个磁性凸极和径向面对该磁性凸极的定子齿周围的电磁力的分布。

图3B的示意图示出当为磁性凸极设置磁屏蔽时、电动旋转机械中的其中一个磁性凸极和径向面对该磁性凸极的定子齿周围的电磁力的分布；

图4的波形图提供了电动旋转机械的在磁性凸极设置磁屏蔽与不设置磁屏蔽的情况下产生的转矩的对比；

图5是根据本发明第二实施方式的电动旋转机械的一部分的放大轴向端部视图；

图6是根据本发明第三实施方式的电动旋转机械的定子和转子二者的轴向端部视图；

图7是根据第三实施方式的电动旋转机械的一部分的放大轴向端部视图；

图8A的示意图示出了当不为磁性凸极设置磁屏蔽时、根据第三实施方式的电动旋转机械中的其中一个磁性凸极和径向面对该磁性凸极的定子齿周围的电磁力的分布；

图8B的示意图示出了当为磁性凸极设置磁屏蔽时、根据第三实施方式的电动旋转机械中的其中一个磁性凸极和径向面对该磁性凸极的定子齿周围的电磁力的分布；

图9是根据本发明第四实施方式的电动旋转机械的一部分的放大轴向端部视图；

图10A是根据本发明第五实施方式的电动旋转机械的一部分的放大轴向端部视图；

图10B是根据本发明第六实施方式的电动旋转机械的一部分的放大轴向端部视图；

图11是根据本发明第七实施方式的电动旋转机械的定子和转子二者的轴向端部视图；

图12是图11的由虚线包围的部分的放大视图；

图13A的示意图示出了当不为定子小齿设置磁屏蔽时根据第七实施方式的电动旋转机械中的定子小齿和转子小齿周围的电磁力的分布；

图13B的示意图示出了当为定子小齿设置磁屏蔽时根据第七实施方式的电动旋转机械中的定子小齿和转子小齿周围的电磁力的分布；

图14的波形图提供了根据第七实施方式的电动旋转机械在为定子小齿设置磁屏蔽与不设置磁屏蔽的情况下产生的转矩的对比；

图15是根据本发明第八实施方式的电动旋转机械的一部分的放大轴向端部视图；

图16是根据本发明第九实施方式的电动旋转机械的一部分的放大轴向端部视图；

图17是根据本发明第十实施方式的电动旋转机械的一部分的放大轴向端部视图；

图18是根据本发明第十一实施方式的电动旋转机械的定子和转子二者的轴向端部视图；

图19是图18中由虚线包围的部分的放大视图；以及

图20的示意图示出在常规电动旋转机械中在定子小齿和转子小齿之间产生的正电磁力和负电磁力。

具体实施方式

以下将参照图1-19描述本发明的优选实施方式。应当注意，为了清楚和便于理解，在可能的情况下，本发明不同实施方式中具有相同功能的相同部分在各个图中由相同附图标记表示，并且应当注意，为了避免冗长，将不对相同部件进行重复描述。

【第一实施方式】

图1示出了根据本发明第一实施方式的电动旋转机械1的总体结构。在该实施方式中，电动旋转机械1构造成磁阻同步马达。

如图1所示，电动旋转机械1包括转子2和定子3，定子3以围绕转子2的方式布置在转子2的径向外侧。

具体地，转子2包括转子芯2a，转子芯2a通过将多个磁性钢板层积成中空圆柱形而形成。转子芯2a在其径向中心处固定至旋转轴4。在转子芯2a的径向外周上形成有多个(例如，在本实施方式中为8个)用于产生磁阻转矩的磁性凸极5。磁性凸极5分别径向向外(即，朝向定子3)突出并且沿转子芯2a的周向方向以预定间隔布置。

定子3包括定子芯6和多相定子线圈7。定子芯6通过将多个磁性钢板层积成中空圆柱形而形成。定子线圈7包括多个相绕组并且以分布绕组方式缠绕在定子芯6上。

定子芯6具有多个定子齿9，所述定子齿9以径向向内(即，朝向转子2)突出的方式形成于定子芯6的径向内周上。定子齿9沿定子芯6的周向方向以预定间隔布置。此外，在每对周向相邻的定子齿9之间形成有槽10。定子线圈7以容纳在定子芯6的槽10中的方式绕定子齿9缠绕。另外，在本实施方式中，定子齿9的数目等于48并且定子线圈7是三相定子线圈。

继续参见图2，在本实施方式中，每个定子齿9都具有远端部(即，面对转子2的径向内端部)9a，该远端部9a从定子线圈7的径向内端径向向内突出，并且在远端部9a中定子齿9的周向宽度沿径向向内方向增大。

定子齿9径向面对转子芯2a的磁性凸极5，并且在定子齿9与转子芯2a的磁性凸极5之间形成有气隙13。在操作中，当定子线圈7被激励时，在定子齿9与磁性凸极5之间产生正电磁力，从而使得转子2旋转。

此外，在本实施方式中，对于每个磁性凸极5，都在磁性凸极5的相对于转子2的旋转方向而言的后侧设置有磁屏蔽11。该磁屏蔽11产生抑制磁性凸极5与定子齿9之间产生负电磁力的磁通量；负电磁力阻碍转子2的旋转。

更具体地，在本实施方式中，磁屏蔽11实施为导电板，导电板由例如铝或铜制成。磁屏蔽11固定至磁性凸极5的后端面5a。此外，在磁屏蔽11与磁性凸极5的后端面5a之间夹置有绝缘板或绝缘涂层(未示出)以对磁屏蔽11与磁性凸极5进行电绝缘。

以下将参照图3A和3B描述在电动旋转机械1中设置磁屏蔽11的有益效果。

图3A示出了当不为磁性凸极5设置磁屏蔽11时、其中一个磁性凸极5和径向面对该磁性凸极5的定子齿9周围的电磁力的分布。另一方面，图3B示出了当根据本实施方式为磁性凸极5设置磁屏蔽11时、其中一个磁性凸极5和径向面对该磁性凸极5的定子齿9周围的电磁力的分布。

如图3A所示，当不为磁性凸极5设置磁屏蔽11时，在磁性凸极5与定子齿9的远端部9a之间产生负电磁力(见图3A中虚线包围的部分)。

与此不同，如图3B所示，当为磁性凸板5设置磁屏蔽11时，抑制了负电磁力的产生(见图3B中虚线包围的部分)。

这是因为：当定子线圈7激励时引起的磁场在磁屏蔽11的表面处感应出涡电流；该涡电流引起了对产生负电磁力的磁通量进行削弱的磁通量。

更具体地，在磁屏蔽11的表面处感应出的涡电流引起了沿阻碍由激励定子线圈7引起的磁通量(即，主磁通量)的方向的磁通量。因此，磁屏蔽11周围的磁通量密度降低，从而降低了负电磁力。其结果是，增大了电动旋转机械1的转矩。

图4提供了电动旋转机械1的在为磁性凸极5设置磁屏蔽11和不设置磁屏蔽11的情况下产生的转矩的对比；这些转矩通过数值分析获得。

如图4所示，电动旋转机械1的在为磁性凸极5设置磁屏蔽11的情况下产生的转矩高于在不设置磁屏蔽11的情况下产生的转矩。更具体地，在本实施方式中，在为磁性凸极5设置磁屏蔽11的情况下产生的转矩比在不设置磁屏蔽11的情况下产生的转矩平均高大约10％。

【第二实施方式】

本实施方式介绍的电动旋转机械1具有与根据第一实施方式的电动旋转机械1几乎相同的构造；因此，以下将仅描述二者的不同之处。

参见图5，在该实施方式中，电动旋转机械1包括分别由短路线圈构成的多个磁屏蔽11a，以取代第一实施方式中的磁屏蔽11。

更具体地，短路线圈是被短路以形成闭合电路的线圈。短路线圈通过缠绕带涂层的电线获得，带涂层的电线包括由例如铜或铝制成的导电线以及覆盖导电线表面的绝缘涂层。

此外，在本实施方式中，对于转子芯2a的每个磁性凸极5，在磁性凸极5的后端面5a处形成有凸起5b和围绕凸起5b的凹槽5c。

每个磁屏蔽11a以容纳在其中一个对应磁性凸极5的凹槽5c中的方式绕该对应磁性凸极5的凸起5b缠绕。另外，由于每个磁屏蔽11a由如上所述的带涂层的电线制成，所以其与对应的磁性凸极5电绝缘。

在电动旋转机械1的操作中，对于每个磁屏蔽11a，在定子线圈7被激励时引起的磁场在磁屏蔽11a中感应出短路电流；该短路电流引起对产生负电磁力的磁通量进行削弱的磁通量。

更具体地，短路电流引起的磁通量的相位落后于由激励定子线圈7而引起的磁通量(即，主磁通量)的相位。因此，磁屏蔽11a周围的磁通量密度降低，从而降低了负电磁力。其结果是，增大了电动旋转机械1的转矩。

【第三实施方式】

本实施方式介绍的电动旋转机械1具有与根据第一实施方式的电动旋转机械1几乎相同的构造；因此，以下将仅描述二者的不同之处。

在第一实施方式中，转子芯2a具有如图1所示的一件式结构。

与此不同，在本实施方式中，如图6所示，转子芯2a包括沿转子芯2a的周向方向以预定间隔布置的多个转子芯部段2b。

每个转子芯部段2b呈大致U形。更具体地，每个转子芯部段2b具有一对凸起部2c以及连接部2d，所述一对凸起部2c分别以径向向外(即，朝向定子3)突出的方式形成于转子芯部段2b的相对的周向端部处，所述连接部2d沿转子芯2a的周向方向延伸以连接凸起部2c的径向内部。

多个转子芯部段2b固定在旋转轴4上，使它们之间形成预定的周向间隙。因此，不同转子芯部段2b的每对周向相邻的凸起部2c构成转子芯2a的磁性凸极5。另外，在本实施方式中，转子芯部段2b的数目和转子芯2a的磁性凸极5的数目都等于8。

此外，如图7所示，对于每个磁性凸极5，在磁性凸极5的相对于转子2的旋转方向而言的后侧设置有磁屏蔽11。该磁屏蔽11产生抑制磁性凸极5与定子齿9之间产生负电磁力的磁通量；负电磁力阻碍转子2的旋转。

更具体地，在本实施方式中，如第一实施方式中那样，磁屏蔽11实施为导电板。磁屏蔽11固定至磁性凸极5的后端面5a。这里，磁性凸极5的后端面5a表示一起构成磁性凸极5的两个周向相邻的转子芯部段2b中位于后侧的一个转子芯部段2b的前侧凸起部2c的后端面。此外，在磁屏蔽11与磁性凸极5的后端面5a之间夹置有绝缘板或绝缘涂层(未示出)以对磁屏蔽11与磁性凸极5进行电绝缘。

图8A示出了当不为磁性凸极5设置磁屏蔽11时、其中一个磁性凸极5和径向面对该磁性凸极5的定子齿9周围的电磁力的分布。另一方面，图8B示出了当根据本实施方式为磁性凸极5设置磁屏蔽11时、其中一个磁性凸极5和径向面对该磁性凸极5的定子齿9周围的电磁力的分布。

如图8A所示，当不为磁性凸极5设置磁屏蔽11时，在磁性凸极5与定子齿9的远端部9a之间产生负电磁力(见图8A中虚线包围的部分)。

与此不同，如图8B所示，当为磁性凸极5设置磁屏蔽11时，抑制了负电磁力的产生(见图8B中虚线包围的部分)。

另外，在本实施方式中，转子芯2a具有如上所述的分段结构。因此，比转子芯2a具有一件式结构的第一实施方式更容易产生负电磁力。然而，即使在本实施方式中，通过为磁性凸极5设置磁屏蔽11也能够可靠地抑制负电磁力的产生。

【第四实施方式】

本实施方式介绍的电动旋转机械1具有与根据第三实施方式的电动旋转机械1几乎相同的构造；因此，以下将仅描述二者的不同之处。

在第三实施方式中，每个磁屏蔽11设置在转子芯2a的其中一个对应磁性凸极5的相对于转子2的旋转方向而言的后侧。

与此不同，在本实施方式中，如图9所示，每个磁屏蔽11设置在其中一个对应定子齿9的远端部9a的相对于转子2的旋转方向而言的前侧。

更具体地，在本实施方式中，每个磁屏蔽11固定至对应定子齿9的远端部9a的前端面9b。此外，在磁屏蔽11与对应定子齿9的远端部9a的前端面9b之间夹置有绝缘板或绝缘涂层(未示出)以对磁屏蔽11与对应定子齿9进行电绝缘。

通过为定子齿9设置磁屏蔽11，能够实现与为转子芯2a的磁性凸极5设置磁屏蔽11相同的有益效果。

【第五实施方式】

本实施方式介绍的电动旋转机械1具有与根据第一实施方式的电动旋转机械1几乎相同的构造；因此，以下将仅描述二者的不同之处。

在第一实施方式中，转子芯2a的每个磁性凸极5由以径向向外(即，朝向定子3)突出的方式形成于转子芯2a的径向外周上的凸起构成。

与此不同，在本实施方式中，如图10A所示，转子芯2a中形成有多个空洞(或者说中空空间)2e。空洞2e沿转子芯2a的周向方向以预定间隔彼此间隔开。每个空洞2e具有高磁阻，其构成转子芯2a的磁通量阻挡部。此外，在每对周向相邻的空洞2e之间形成有转子芯2a的低磁阻部；低磁阻部构成转子芯2a的磁性凸极5。

此外，在本实施方式中，对于每个磁性凸极5，在磁性凸极5的相对于转子2的旋转方向而言的后侧设置有磁屏蔽11。该磁屏蔽11产生抑制磁性凸极5与定子齿9之间产生负电磁力的磁通量；负电磁力阻碍转子2的旋转。

更具体地，在本实施方式中，如第一实施方式中那样，磁屏蔽11实施为导电板。磁屏蔽11固定至磁性凸极5的后端面5a。这里，磁性凸极5的后端面5a面对位于该磁性凸极5后侧的其中一个空洞2e。此外，在磁屏蔽11与磁性凸极5的后端面5a之间夹置有绝缘板或绝缘涂层(未示出)以对磁屏蔽11与磁性凸极5进行电绝缘。

根据本实施方式的上述电动旋转机械1具有与根据第一实施方式的电动旋转机械相同的优点。

【第六实施方式】

本实施方式介绍的电动旋转机械1具有与根据第五实施方式的电动旋转机械1几乎相同的构造；因此，以下将仅描述二者的不同之处。

在第五实施方式中，每个磁屏蔽11设置在转子芯2a的其中一个对应磁性凸极5的相对于转子2的旋转方向而言的后侧。

与此不同，在本实施方式中，如图10B所示，每个磁屏蔽11设置在其中一个对应定子齿9的远端部9a的相对于转子2的旋转方向而言的前侧。

更具体地，在本实施方式中，每个磁屏蔽11固定至对应定子齿9的远端部9a的前端面9b。此外，在磁屏蔽11与对应定子齿9的远端部9a的前端面9b之间夹置有绝缘板或绝缘涂层(未示出)以对磁屏蔽11与对应定子齿9进行电绝缘。

通过为定子齿9设置磁屏蔽11，能够实现与为转子芯2a的磁性凸极5设置磁屏蔽11相同的有益效果。

【第七实施方式】

图11示出了根据本发明第七实施方式的电动旋转机械1的总体构造。在该实施方式中，电动旋转机械1构造成磁阻步进马达。

如图11所示，电动旋转机械1包括转子2和定子3，定子3以围绕转子2的方式布置在转子2的径向外侧。

具体地，转子2通过将多个磁性钢板层积成中空圆柱形而形成。转子2在其径向中心处固定至旋转轴4。此外，如图12所示，转子2具有多个转子小齿14，所述转子小齿14形成在在转子2的径向外周上并且沿转子2的周向方向以预定间隔布置。

另一方面，定子3包括定子芯6和多相定子线圈7。定子芯6通过将多个磁性钢板层积成中空圆柱形而形成。定子线圈7包括多个相绕组并且以集中绕组方式缠绕在定子芯6上。

定子芯6具有多个定子齿9，所述定子齿9以径向向内(即，朝向转子2)突出的方式形成于定子芯6的径向内周上。定子齿9沿定子芯6的周向方向以预定间隔布置。此外，在每对周向相邻的定子齿9之间形成有槽10。定子线圈7以容纳在定子芯6的槽10中的方式绕定子齿9缠绕。

此外，如图12所示，每个定子齿9都具有多个定子小齿12，所述定子小齿12以径向向内(即，朝向转子2)突出的方式形成于定子齿9的末端(即，面对转子2的径向内端)。定子小齿12沿定子芯6的周向方向以预定间隔布置。定子小齿12径向面对转子小齿14，并且在定子小齿12与转子小齿14之间形成有气隙13。

应当注意，每个定子齿9的定子小齿12的数目和转子小齿14的数目可根据例如定子齿9的数目和电动旋转机械1的所需输出转矩来适当地设定。

在电动旋转机械1的操作中，通过用脉冲信号顺序切换定子线圈7的相绕组的激励来产生使转子2旋转的旋转磁场。更具体地，该旋转磁场在定子齿9的定子小齿12与转子小齿14之间产生正电磁力，从而使转子2旋转。

此外，在本实施方式中，对于每个定子齿9，在定子齿9的定子小齿12处设置有多个磁屏蔽。每个磁屏蔽产生抑制定子小齿12与转子小齿14之间产生负电磁力的磁通量；负电磁力阻碍转子2的旋转。

更具体地，如图12所示，在本实施方式中，每个定子齿9包括三个定子小齿12，即位于后侧(或者说位于相对于转子2的旋转方向而言的上游侧)的定子小齿12a、位于前侧(或者说位于相对于转子2的旋转方向而言的下游侧)的定子小齿12c、以及位于定子小齿12a和12c之间的定子小齿12b。为定子齿9设置的磁屏蔽实施为三个短路线圈20至22。短路线圈20设置在形成于定子小齿12a与12b之间的凹槽中。短路线圈21设置在形成于定子小齿12b与12c之间的凹槽中。短路线圈22设置在定子小齿12c的前端面24上。

另外，每个短路线圈20至22都是被短路以形成闭合电路的线圈。此外，短路线圈20至22中的每一个都通过缠绕带涂层的电线获得，带涂层的电线包括由例如铜或铝制成的导电线以及覆盖导电线表面的绝缘涂层。因此，短路线圈20至22与定子小齿12a至12c电绝缘。

图13A示出了当不在定子小齿12处设置磁屏蔽时定子小齿12与转子小齿14周围的电磁力的分布。另一方面，图13B示出了当在定子小齿12处设置磁屏蔽(即，短路线圈20至22)时定子小齿12与转子小齿14周围的电磁力的分布。

如图13A所示，当不在定子小齿12处设置磁屏蔽时，在定子小齿12与转子小齿14之间产生负电磁力(见图13A中虚线包围的部分)。

与此不同，如图13B所示，当在定子小齿12处设置磁屏蔽(即，短路线圈20至22)时，抑制了负电磁力的产生(见图13B中虚线包围的部分)。

这是因为：当定子线圈7被激励时引起的磁场在每个短路线圈20至22中感应出短路电流；该短路电流引起对产生负电磁力的磁通量进行削弱的磁通量。

更具体地，短路电流引起的磁通量的相位落后于通过定子线圈7激励而引起的磁通量(即，主磁通量)的相位。因此，短路线圈20至22周围的磁通量密度降低，从而降低了负电磁力。其结果是，增大了电动旋转机械1的转矩。

图14提供了电动旋转机械1的在定子小齿12处设置磁屏蔽和不设置磁屏蔽的情况下产生的转矩的对比；这些转矩通过数值分析获得。

如图14所示，电动旋转机械1的在定子小齿12处设置磁屏蔽的情况下产生的转矩远高于不设置磁屏蔽的情况下产生的转矩。

【第八实施方式】

本实施方式介绍的电动旋转机械1具有与根据第七实施方式的电动旋转机械1几乎相同的构造；因此，以下将仅描述二者的不同之处。

如上所述，在第七实施方式中，对于每个定子齿9，磁屏蔽都实施为设置在定子齿9的定子小齿12处的短路线圈20至22。

与此不同，在本实施方式中，如图15所述，对于每个定子齿9，磁屏蔽都实施为多个导电板26，其中每个导电板固定至定子齿9的其中一个对应定子小齿12的前端面24。

此外，对于每个导电板26，都在导电板26与对应定子小齿12的前端面24之间夹置有绝缘板或绝缘涂层(未示出)。因此，导电板26与对应定子小齿12之间电绝缘。

在电动旋转机械1的操作中，当定子线圈7被激励时引起的磁场在导电板26的表面处感应出涡电流；该涡电流引起对产生负电磁力的磁通量进行削弱的磁通量。

更具体地，涡电流引起沿着阻碍通过定子线圈7激励引起的磁通量(即，主磁通量)的方向的磁通量。因此，导电板26周围的磁通量密度降低，从而降低了负电磁力。其结果是，增大了电动旋转机械1的转矩。

此外，在本实施方式中，导电板26由铝或铜制成，二者均具有低电阻率。因此，能够容易地在导电板26的表面处产生涡电流，从而更加有效地抑制负电磁力的产生。

另外，能够通过以下方式将导电板26牢固地固定至对应定子小齿12的前端面24：首先将导电板26暂时固定至前端面24，然后将定子3的包括定子线圈7在内的所有零件模制在一起。

【第九实施方式】

本实施方式介绍的电动旋转机械1具有与根据第八实施方式的电动旋转机械1几乎相同的构造；因此，以下将仅描述二者的不同之处。

如上所述，在第八实施方式中，对于每个定子齿9，磁屏蔽都实施为固定至定子齿9的对应定子小齿12的前端面24的导电板26。

与此不同，在本实施方式中，如图16所示，对于每个定子齿9，磁屏蔽不仅实施为导电板26，而且还实施为多个导电板28。每个导电板28固定至定子齿9的其中一个对应定子小齿12的后端面27。

此外，在本实施方式中，导电板26的径向宽度设定成高于导电板28的径向宽度。另外，导电板26与导电板28的径向宽度之差越大，则越能够有效地抑制负电磁力的产生。

【第十实施方式】

本实施方式介绍的电动旋转机械1具有与根据第七实施方式的电动旋转机械1几乎相同的构造；因此，以下将仅描述二者的不同之处。

如上所述，在第七实施方式中，对于每个定子齿9，磁屏蔽都实施为短路线圈20至22，所述短路线圈20至22分别设置在形成于定子齿9的定子小齿12之间的凹槽内、以及定子小齿12中位于最前方的一个定子小齿的前端面24上。

与此不同，在本实施方式中，如图17所示，对于每个定子齿9，磁屏蔽实施为短路线圈30，所述短路线圈30中的每一个都设置在定子齿9的其中一个对应定子小齿12的前端面24上。

更具体地，在本实施方式中，对于每个定子小齿12，在定子小齿12的前端面24处都形成有凸起31和围绕凸起31的凹槽32。

每个短路线圈30以容纳在对应定子小齿12的凹槽32中的方式绕该对应定子小齿12的凸起31缠绕。

利用根据本实施方式的短路线圈30的以上布置，能够实现与根据第七实施方式的短路线圈20至22的布置相同的有益效果。

【第十一实施方式】

本实施方式介绍的电动旋转机械1具有与根据第八实施方式的电动旋转机械1几乎相同的构造；因此，以下将仅描述二者的不同之处。

参见图18和19，在本实施方式中，每个转子小齿14的形状设定成相对于假想线X不对称。假想线X定义为穿过转子小齿14的位于其近端处的周向中心C以及转子2的旋转轴4的径向中心O直线延伸。

更具体地，在本实施方式中，每个转子小齿14具有梯形形状，其中转子小齿14的后端面33相对于假想线X倾斜而前端面34平行于假想线X。因此，转子小齿14与定子小齿12之间的气隙13在转子小齿14的后侧(或者说在相对于转子2的旋转方向而言的上游侧)加宽了由图19中虚线表示的三角形区域。其结果是，气隙13也变得相对于假想线X不对称。

采用上述构造，对于每个转子小齿14，能够降低转子小齿14与位于该转子小齿14后侧的定子小齿12之间的磁导率，从而进一步减小转子小齿14与定子小齿12之间产生的负磁力。

另外，在本实施方式中，每个磁屏蔽26被改变成具有梯形横截面形状，如图19所示。

尽管已经示出和描述了以上具体实施方式，但是本领域技术人员能够理解，可进行多种修改、改变和改善而不偏离本发明的精神。

例如，在第一至第三和第五实施方式中，仅在转子芯2a的磁性凸极5处设置磁屏蔽。然而，还能够在磁性凸极5与定子齿9的远端部9a处都设置磁屏蔽。

此外，在第七至第十一实施方式中，电动旋转机械1构造成磁阻步进马达。然而，本发明也能够应用于具有定子小齿和转子小齿的其它电动旋转机械，如开关磁阻马达和微调马达。另外，在定子小齿12处设置磁屏蔽的技术还能够应用于线性马达。

在第七实施方式中，定子线圈7以集中绕组方式缠绕在定子芯6上。然而，定子线圈7也可以以分布绕组方式缠绕在定子芯6上。

在第七至第十一实施方式中，磁屏蔽仅设置在定子小齿12上。然而，也能够仅在转子小齿14处或者在定子小齿12与转子小齿14二者处设置磁屏蔽。

在第八和第九实施方式中，每个导电板26和28都具有矩形横截面形状。另一方面，在第十一实施方式中，每个导电板26都具有梯形横截面形状。应当注意，每个导电板26和28也可以根据设计要求而具有其它横截面形状。

在第九实施方式中，导电板26的径向宽度设定成高于导电板28的径向宽度。然而，也能够将导电板26的径向宽度设定成等于导电板28的径向宽度且导电板26的材料不同于导电板28的材料。即，为了能够在定子小齿12的前端面24处和后端面27处不对应地产生磁通量，能够将导电板26和28的径向宽度设定成其它适当的值。

Claims (17)

1.一种电动旋转机械，包括：

定子，所述定子包括定子芯和缠绕在所述定子芯上的定子线圈，所述定子芯具有沿所述定子芯的周向方向布置的多个定子齿；

转子，所述转子包括转子芯，所述转子芯中形成有多个磁性凸极，所述磁性凸极面对所述定子齿并且在所述磁性凸极与所述定子齿之间形成有气隙；以及

多个磁屏蔽，每个所述磁屏蔽或者设置在对应的其中一个定子齿的相对于所述转子的旋转方向而言的前侧、或者设置在对应的其中一个磁性凸极的相对于所述转子的旋转方向而言的后侧以引起磁通量，所述磁通量抑制阻碍所述转子旋转的电磁力的产生。

2.如权利要求1所述的电动旋转机械，其中，每个所述磁屏蔽由导电体制成。

3.如权利要求2所述的电动旋转机械，其中，所述磁屏蔽与所述定子芯和所述转子芯电绝缘。

4.如权利要求2所述的电动旋转机械，其中，每个所述磁屏蔽由铜或铝制成。

5.如权利要求2所述的电动旋转机械，其中，每个所述磁屏蔽由导电板构成。

6.如权利要求2所述的电动旋转机械，其中，每个所述磁屏蔽由短路线圈构成。

7.如权利要求1所述的电动旋转机械，其中，所述转子芯的每个所述磁性凸极由朝向所述定子突出的凸起构成。

8.如权利要求1所述的电动旋转机械，其中，所述转子芯包括沿所述转子芯的周向方向以预定间隔布置的多个大致U形的转子芯部段，

每个所述转子芯部段具有一对凸起部以及连接部，所述一对凸起部分别以朝向所述定子突出的方式形成于所述转子芯部段的相对的周向端部处，所述连接部沿所述转子芯的周向方向延伸以连接所述凸起部，并且

所述转子芯的每个所述磁性凸极由不同转子芯部段的对应的一对周向相邻的凸起部构成。

9.如权利要求1所述的电动旋转机械，其中，所述转子芯具有多个高磁阻部和多个低磁阻部，

所述高磁阻部在所述转子芯的周向方向上彼此间隔开，

每个所述低磁阻部具有低于所述高磁阻部的磁阻并且形成于对应的一对周向相邻的高磁阻部之间，并且

所述转子芯的每个所述磁性凸极由对应的其中一个低磁阻部构成。

10.如权利要求1所述的电动旋转机械，其中，每个所述定子齿具有形成于其远端处的多个定子小齿，

所述转子芯具有多个转子小齿，每个所述转子小齿构成所述磁性凸极中的一个，并且

每个所述磁屏蔽或者设置在对应的其中一个定子小齿的相对于所述转子的旋转方向而言的前侧、或者设置在对应的其中一个转子小齿的相对于所述转子的旋转方向而言的后侧。

11.一种电动旋转机械，包括：

定子，所述定子包括定子芯和缠绕在所述定子芯上的定子线圈，所述定子芯具有沿所述定子芯的周向方向布置的多个定子齿，每个所述定子齿具有形成于其远端处的多个定子小齿；以及

转子，所述转子包括转子芯，所述转子芯中形成有多个转子小齿，所述转子小齿面对所述定子小齿并且在所述转子小齿与所述定子小齿之间形成有气隙，

其中，

对于每个所述定子齿，在所述定子齿的所述定子小齿处设置有多个磁屏蔽以引起磁通量，所述磁通量抑制阻碍所述转子旋转的电磁力的产生。

12.如权利要求11所述的电动旋转机械，其中，每个所述磁屏蔽由导电体制成。

13.如权利要求12所述的电动旋转机械，其中，所述磁屏蔽与所述定子小齿电绝缘。

14.如权利要求12所述的电动旋转机械，其中，每个所述磁屏蔽由铜或铝制成。

15.如权利要求12所述的电动旋转机械，其中，每个所述磁屏蔽由导电板构成。

16.如权利要求12所述的电动旋转机械，其中，每个所述磁屏蔽由短路线圈构成。

17.如权利要求11所述的电动旋转机械，其中，每个所述转子小齿的形状设定成相对于假想线不对称，所述假想线定义为穿过所述转子小齿的位于该转子小齿的近端处的周向中心以及所述转子的旋转轴的径向中心直线延伸，并且

对于每个所述转子小齿，所述气隙在所述转子小齿的相对于所述转子的旋转方向而言的后侧比在所述转子小齿的相对于所述转子的旋转方向而言的前侧更宽。

Images