CN104065224A

CN104065224A - 磁阻电动机

Info

Publication number: CN104065224A
Application number: CN201410099364.XA
Authority: CN
Inventors: 青山真大
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: DE102014003658A1; CN104065224B; US9917484B2; JP2014183636A; JP6142601B2; US20140285057A1

Abstract

一种磁阻电动机具有：设置有驱动线圈的定子，多相驱动电流被输入到驱动线圈；以及设置有多个凸极的转子，当驱动线圈中产生的磁束与转子交链时，凸极接受主旋转力，并且转子具有：布置在磁路上的电感电极线圈，在该磁路上，叠加在驱动线圈中产生的磁束上的空间谐波分量与转子侧交链，使得由于磁束的空间谐波分量而可在电感电极线圈中产生感应电流；整流元件，其将在电感电极线圈中产生的感应电流整流；以及在其中限定的电磁线圈，并且电感电极线圈和电磁线圈不用于对方的用途，并且分别布置在转子上。

Description

磁阻电动机

技术领域

本发明涉及一种磁阻电动机。特别是，本发明涉及一种具有自激功能从而实现高效旋转的磁阻电动机。

背景技术

磁阻电动机作为驱动源，安装于各种驱动装置。与利用嵌在转子侧的永久磁体产生的磁转矩驱动型的电动机（电机）相比，每种磁阻电动机都具有如下问题：当磁阻电动机是仅采用磁阻转矩型的磁阻电动机时，难以获得大转矩。

特别是，当电动机安装于要求大转矩的混合动力车辆或者电动车辆时，电动机通常采用IPM（内部永久磁体）结构，在IPM结构中，具有强磁力的诸如铷磁体的永久磁体以V状嵌入转子中，从而既能够有效利用磁转矩，又能够有效利用磁阻转矩。

例如，有人建议磁阻电动机可以采用自激功能来改善效率，如Sakutaro Nonaka,“Self-Excitation Type Single-Phase SynchronousMotor”,IEEJ Transactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26所公开的。希望改善作为车载电动机的能够廉价制造的磁阻电动机的诸如转矩的性能。

在Sakutaro Nonaka,“Self-Excitation Type Single-PhaseSynchronous Motor”,IEEJ Transactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26中公开的自激系统中，其频率比送到定子侧驱动线圈的驱动电流的基频高的磁束与转子侧交链（interlink），以在布置于转子侧的自激线圈中产生感应电流。在该自激系统中，感应电流被半波整流，然后被送（返回）到自激线圈，使得自激线圈还能够用作电磁线圈。

然而，在Sakutaro Nonaka,“Self-Excitation Type Single-PhaseSynchronous Motor”,IEEJ Transactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26中公开的自激功能中，自激线圈还用作电磁线圈。因此，发生磁干扰，使得不能有效产生感应电流，而且这样产生的电磁力也减弱。

此外，在Sakutaro Nonaka,“Self-Excitation Type Single-PhaseSynchronous Motor”,IEEJ Transactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26中公开的结构中，自激线圈布置到与转子的外表面隔离的深部。磁束的高频分量（空间谐波分量）不能到达（交链）转子的深部，而且在自激线圈中，只能产生非常小的感应电流。

顺便提及，JP-A-10-271781中也提出自激型电动机。然而，该自激型电动机具有相同的问题，因为以这种同样的方式不能有效产生感应电流。

此外，JP-A-2010-22185中提出将高频电流分别输入到定子侧线圈，以在转子侧自激线圈中产生激励电流。然而，需要从外部输入激励能量，因此，不能期待高效驱动（效率低下不可避免）。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够收集损失的能量从而实现自激功能并且能够以高效率旋转从而实现转矩改善的磁阻电动机。

本发明的第一方面涉及一种磁阻电动机，包括：其设置有驱动线圈，多相驱动电流被输入到所述驱动线圈；以及转子，其设置有多个凸极，当所述驱动线圈中产生的磁束与所述转子交链时，所述凸极接受主旋转力，其中：所述转子包括：电感电极线圈，其布置在磁路上，所述磁路为叠加在所述驱动线圈中产生的所述磁束上的空间谐波分量与所述转子侧交链，由于所述磁束的所述空间谐波分量，使得在所述电感电极线圈中产生感应电流；整流元件，其对所述电感电极线圈中产生的所述感应电流进行整流；以及电磁线圈，其被所述整流元件整流后的所述感应电流自激，产生作为辅助所述主旋转力的辅助旋转力的电磁力，并且所述电感电极线圈和所述电磁线圈不彼此兼用，而是分别布置在所述转子上。

本发明的第二方面的特征在于，所述电感电极线圈布置在所述转子的所述凸极中的相邻凸极之间。

本发明的第三方面的特征在于，每个所述电感电极线圈具有磁独立于所述电感电极线圈之外的包括所述电感电极线圈缠绕于其上的芯材的构成材料的结构。

本发明的第四方面的特征在于，所述电感电极线圈的缠绕于其上的芯材由磁性物质制成。

本发明的第五方面的特征在于，所述转子的所述凸极的数量P与所述定子的所述驱动线圈布置于其中的槽的数量S的比值被设定为P/S=2/3。

因此，根据本发明的第一方面，在定子侧线圈中产生的磁束与转子侧凸极交链，以产生主旋转力。与此同时，叠加在该磁束上的空间谐波分量与转子侧电感电极线圈交链，以产生感应电流。该感应电流被整流元件整流并且作为励磁电流送到（传导到）电磁线圈，使得能够在电磁线圈中产生电磁力（磁束），以与来自定子侧的磁束协作。因此，能够产生用于辅助主旋转力的辅助旋转力，以使转子侧旋转。

因此，不需要单独对转子侧电磁线圈供给能量。能够收集在背景技术中不能有效利用的磁束的空间谐波分量（导致铁损产生），以使转子高效旋转。在此情况下，能够防止同一电流流入电感电极线圈和电磁线圈并互相干扰，从而可避免损耗。因此，能够有效收集损耗的能量，以改善磁阻电动机的转矩。

根据本发明的第二方面，来自定子的磁束的空间谐波分量能够与和凸极相邻布置的，即，位于转子的外周面侧的电感电极线圈有效交链，从而能够有效收集磁束的空间谐波分量，以有效自激电感电极线圈，从而对电磁线圈供给大容量励磁电流。因此，能够利用简单结构实现高效自激功能。

根据本发明的第三方面，能够防止在电感电极线圈附近产生的磁束互相干扰，从而能够防止自激受阻。此外，能够防止电感电极线圈的存在成为导致凸极比值降低的因素。因此，由于有效自激而能够实现所产生的转矩的改善，同时避免磁阻转矩降低。

根据本发明的第四方面，能够提高电感电极线圈中的磁导率，从而能够使来自定子的空间谐波分量的磁束与电感电极线圈有效交链。因此，能够改善损耗能量的收集率。因此，能够更有效地改善磁阻电动机的转矩。

根据本发明的第五方面，能够优化转子的凸极的数量P与定子的槽的数量S的比值，使得磁束密度能够均匀分布，从而抑制定子的电磁振动。因此，能够减小电磁振动导致的能量损耗，并且能够有效收集损耗能量。由于电磁振动减小而还能够抑制电磁噪声。

附图说明

图1是示出根据本发明的磁阻电动机的一实施例的原理构造的局部放大径向截面图。

图2是示出该实施例的基本结构的原理构造的局部放大径向截面图。

图3是示出根据该实施例的未改进的原型结构的原理构造的局部放大径向截面图。

图4是用于以容易理解的方式解释通过二极管连接电感电极线圈和电磁线圈的电路构造的简单模型的电路图。

图5是示出从图4所示电路中的一个电感电极线圈提取的感应电流的波形的曲线图。

图6是示出从图4所示电路中的图5所示电感电极线圈外的另一个电感电极线圈提取并反转的感应电流的波形的曲线图。

图7是示出将图5和6所示的感应电流合并的合成波形的曲线图。

图8是示出具有图3所示的未改进的原型结构的磁阻电动机中的每个感应电极线圈中产生的感应电流的波形的曲线图。

图9是示出利用图8所示的感应电流，由具有图2所示的基本结构的磁阻电动机获得的转矩和由具有图3所示的未改进的原型结构的磁阻电机获得的转矩的曲线图。

图10是以矢量表示法示出具有图3所示未改进的原型结构的磁阻电动机中的空间谐波磁束密度分布的概念图。

图11是以矢量表示法示出根据图1所示实施例的磁阻电动机中的空间谐波磁束密度分布的概念图。

图12是示出根据图1所示实施例的磁阻电动机中的每个电感电极线圈中产生的感应电流的波形和具有图3所示未改进的原型结构的磁阻电动机中产生的感应电流的波形的曲线图。

图13是示出利用根据图1所示实施例的磁阻电动机的感应电流获得的转矩和利用具有图3所示未改进的原型结构的磁阻电动机的感应电流获得的转矩的曲线图。

图14是示出因为定子侧槽数与转子侧凸极数的比值而产生的电磁振动的例子的变形平面图，该振动是从轴线观察到的振动。

图15是示出因为定子侧槽数与转子侧凸极数的比值而产生的感应电流的质量的曲线图。

图16是在根据该实施例的磁阻电动机的局部放大径向截面图中示出定子侧槽数与转子侧凸极数之间的对应关系的概念模型图。

图17是示出在根据该实施例的磁阻电动机中与定子侧交链的来自转子侧的磁束上叠加的空间谐波分量的波形的曲线图。

图18是示出根据作为图17中所示磁束波形的傅里叶级数展开的结果的每个3f阶空间谐波磁束的交链磁束强度的曲线图。

图19是以矢量表示法表示其交链磁束强度示于图18的第三空间谐波磁束的磁束密度分布的概念图。

图20是以矢量表示法表示其交链磁束强度示于图18的第六空间谐波磁束的磁束密度分布的概念图。

图21是以矢量表示法表示其交链磁束强度示于图18的第九空间谐波磁束的磁束密度分布的原理图。

图22是根据该实施例的另一模式的磁阻电动机已经被局部切除的透视图。

图23是以与图1相同的方式示出根据该实施例的与图22的模式不同的另一模式的的磁阻电动机的原理构造的局部放大径向截面图。

[附图标记列表]

10：磁阻电动机

11：定子

12：定子齿

12b：颈部

13、23：槽

14：驱动线圈

21：转子

22：转子齿

27、27A、27B：电感电极线圈

27a：芯材

28、28A、28B：电磁线圈

29、29A、29B：二极管

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的实施例。图1至图21是用于解释根据本发明的磁阻电动机的实施例的示图。图1至图3是磁阻电动机的径向截面图，分别对应于围绕其轴线的60°机械角示出。该磁阻电动机被制造为具有与60°机械角相对应地示出的部分在周向上周期性地重复的结构。

在图1中，磁阻电动机10以具有图2中所示的基本结构的磁阻电动机10B为基础，并且采用能够解决图3中所示的磁阻电动机10D的固有问题和磁阻电动机10B产生的问题的结构。例如，当将磁阻电动机10作为与内燃发动机类似的驱动源安装于车辆上或者安装在混合动力汽车或者电动汽车的车轮内时，磁阻电动机10具有适当性能。顺便提及，以与JP-A-2010-22185中的方式不同的方式制造磁阻电动机10、10B和10D，并且磁阻电动机10、10B和10D具有不必从外部对转子供给能量的结构。

（磁阻电动机的基本结构）

首先，如图2中所示，磁阻电动机10B具有：定子11，其基本上形成为圆筒形状；以及转子21，其可旋转地容纳在定子11内，使得转子21的转轴可以与轴线固定对准。

在定子11中，在周向上等距布置多个定子齿12，每个定子齿12形成为在径向上延伸的凸极的形状，使得内周面12a能够隔着间隙G与转子21（转子齿22）的外周面22a对置。在每个定子齿12上，利用槽13，分别并集中地缠绕对应于三相的三相绕组，以形成驱动线圈14，槽13是在定子齿12的侧面与其相邻的另一个定子齿的侧面之间形成的空间。定子齿12用作电磁体，当对驱动线圈14供给驱动电流时，该电磁体产生使与定子齿12对置地容纳在内部的转子21转动的磁束。

在转子21中，以与定子齿12相同的方式，在周向上等距布置分别形成为在径向上延伸的凸极形状的多个转子齿（凸极）22。转子齿22被形成为周向上的的总数与定子齿12的不同，使得当转子齿22相对于定子齿旋转时，转子齿22的外周面22a能够与定子齿12的内周面12a适当靠近地对置。

因此，在磁阻电动机10B中，因为传导到位于定子11的槽13内的驱动线圈14的电力而产生的磁束能够从定子齿12的内周面12a交链到转子齿22的对置外周面22a。利用希望使该磁束通过的磁路最短的磁阻转矩（一次旋转力）的作用，能够使转子21相对旋转。结果，利用磁阻电动机10B，可以将从与在定子11内相对旋转的转子21一体地旋转的转轴通电输入的电能输出为机械能。

在该磁阻电动机10B中，在转子21中不能产生贡献于转矩的磁束，但是空间谐波分量叠加到从定子齿12的内周面12a交链到转子齿22的外周面22a的磁束磁束。因此，利用从定子11侧交链到转子21侧的磁束的空间谐波分量的磁束密度的变化，能够在内置线圈中产生感应电流，从而获得电磁力。

具体地说，在利用随着基频变化的主磁束使转子21（转子齿22）旋转时，基频的驱动功率被送到定子11的驱动线圈14。因此，即使当线圈仅布置在转子21侧时，交链磁束也不发生变化。因此，不产生感应电流。

另一方面，叠加到磁束的空间谐波分量在时间上以与基频不同的周期变化时从外周面22a交链到转子齿22。因此，在布置于转子齿22的外周面22a附近的线圈中，叠加到基频磁束的空间谐波分量有效产生感应电流，而无需单独输入。因此，能够收集可能导致铁损的空间谐波磁束，作为用于自激的能量。

（磁阻电动机的改进结构）

如图3所示，在磁阻电动机10D中，利用槽23，在每个转子齿22上缠绕绕组，槽23是形成在转子齿22的侧面与另一个相邻转子齿22的侧面之间的空间。因为在径向上以两段由此形成集中绕组，所以布置每个电感电极线圈25和每个电磁线圈26。

电感电极线圈25布置在转子齿22的外周面22a侧。电磁线圈26布置在转子齿22的轴侧。将电感电极线圈25和电磁线圈26连接在一起，并且互相配合工作，以用作与稍后描述的图4中的电路结构相同的电路结构。顺便提及，在磁阻电动机10D中，电感电极线圈25分别对应于图4中的电感电极线圈27A和27B，并且同样地，电磁线圈26分别对应于电磁线圈28A和28B。

因为从定子齿12的内周面12a交链到转子齿22的外周面22a的磁束的空间谐波分量（磁束密度的变化），电感电极线圈25产生感应电流，并且将该感应电流送到电磁线圈26。从电感电极线圈25收到的并且用作励磁电流的感应电流使电磁线圈26自激。因此，能够产生磁束（电磁力）。

这样，在磁阻电动机10D中，收到流入电感电极线圈25的感应电流的电磁线圈26能够因为磁束的空间谐波分量产生磁束，使得所产生的磁束能够从转子齿22的外周面22a交链到定子齿12的内周面12a。因此，能够获得希望使产生主旋转力的驱动线圈14的磁束之外的其他交链磁束通过的磁路最短的磁阻转矩（辅助旋转力），以辅助转子21相对旋转。

结果，磁阻电动机10D能够收集在磁阻电动机10B中引起损失的磁束的空间谐波分量，作为能量。例如，在相同的驱动条件下（转速、电流值和电流相位角），在以相同定子结构驱动磁阻电动机10D和磁阻电动机10B的情况下，与磁阻电动机10B相比，磁阻电动机10D的稳定转矩可提高约31.9％。此外，能够减小磁阻电动机10D的转矩脉动（请参见将在下面描述的图9）。

Sakutaro Nonaka,“Self-Excitation Type Single-PhaseSynchronous Motor”,IEEJ Transactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26还提出了磁阻电动机10B的改进结构。根据SakutaroNonaka,“Self-Excitation Type Single-Phase Synchronous Motor”,IEEJ Transactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26中公开的自激技术，线圈缠绕在转子齿22上，使得具有比基频高的频率的磁束能够与转子侧线圈交链，从而产生感应电流。该感应电流被整流元件（二极管）半波整流并且返回。这样，转子侧线圈用作自激型电磁体。

然而，Sakutaro Nonaka,“Self-Excitation Type Single-PhaseSynchronous Motor”,IEEJ Transactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26公开的自激技术具有下面的问题。

1.由于转子侧线圈既用作用于产生感应电流的线圈又用作用于将整流后的感应电流用作励磁电流的线圈，所以发生磁干扰，使得不能有效产生感应电流，并且磁动势也变得极小。

2.即使在磁束与电动机21（转子齿22）交链时，其频率比基频高的磁束的高阶谐波分量也仅分布在外周面22a的附近。因此，当将线圈布置在轴线侧时，只能产生非常小的感应电流。顺便提及，实际上不可能将转子侧线圈布置在转子齿22的外周面22a的附近。例如，即使当非常少量的具有细线径的导线缠绕为每个线圈时，线圈的导体电阻也升高，从而增加铜损。因此，难以将该线圈用作有效磁体。此外，还有一个问题是转子的表面可能接触定子侧。

3.当定子11侧的线圈形成为分布式绕组时，存在高阶谐波叠加在磁束上的趋势，从而如上所述，由于磁束的高阶谐波分量，只能预期较小的感应电流。总之，对于如何缠绕线圈，分布式绕组是不适合的。

4.Sakutaro Nonaka,“Self-Excitation Type Single-PhaseSynchronous Motor”,IEEJ Transactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26建议利用高达基频的两倍的谐波磁束激励转子侧线圈。当因为二次谐波磁束而产生的感应电流被整流并合成时，出现波谷（请参见将在后面描述的图8）。此外，由于随着磁束的时间上的变化的增大，感应电流变成较大的电流，所以其阶数不太高并且在3阶左右的谐波磁束具有优势。

（根据实施例的磁阻电动机10的基本结构）

现在，回到图1。在根据本实施例的磁阻电动机10中，在定子11侧的每个槽13中均采用对应于三相的三相绕组都分别缠绕在每个定子齿12上的集中绕组，从而形成用作电磁体的驱动线圈14，如图3中所示。在磁阻电动机10中，磁阻电动机10D的电感电极线圈25由电感电极线圈27代替，而电磁线圈26由电磁线圈28代替。

此外，在转子21侧，集中缠绕在每个芯材27a上的每个电感电极线圈27全部容纳在每个槽23中，并且在每个转子齿22上都形成一段的集中绕组，以布置每个电磁线圈28。电磁钢片（磁性物质）层叠的芯材27a被用于电感电极线圈27。因此，磁导率升高，使得磁束能够以高密度交链。电感电极线圈27隔着极小的气隙G与定子齿12的内周面12a对置。因此，能够使更多的空间谐波磁束交链。进行磁场分析，以严格检验空间谐波磁路，使得电感电极线圈27能够有效使用从定子齿12的内周面12a交链到转子齿22的外周面22a的磁束的第三空间谐波分量。因此，电感电极线圈27被布置为使得能够有效产生感应电流。顺便提及，每个电感电极线圈27被布置为位于相邻转子齿22之间，从而在电感电极线圈27与相应的电磁线圈28之间保持必需的足够大间隙。

当以这种方式使用该集中绕组结构时，能够将每个电感电极线圈27和每个电磁线圈28作为整体小型化，而无需位于多个槽的周向绕组。此外，电感电极线圈27能够减小一次侧的铜损，并且由于阶数低的第三空间谐波磁束的交链而能够有效产生感应电流。因此，能够增加可收集的损失能量。

此外，由于采用第三空间谐波磁束，所以与Sakutaro Nonaka,“Self-Excitation Type Single-Phase Synchronous Motor”,IEEJTransactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26中描述的采用第二空间谐波磁束的情况相比，在电感电极线圈27中能够更有效产生感应电流。具体地说，由于采用第三空间谐波磁束，所以与采用第二空间谐波磁束相比，能够增加磁束的时间上的变化，以增加感应电流，从而更有效收集其损失能量。在Sakutaro Nonaka,“Self-Excitation Type Single-Phase Synchronous Motor”,IEEJTransactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26的结构中，示出了缠绕在转子的轴向深部的线圈，但是未考虑到空间谐波交链并且不能有效使用空间谐波的区域。

每个电感电极线圈27布置在转子齿22的外周面22a的相邻外周面22a之间的每个槽23中，从而独立于磁性。每个电磁线圈28都缠绕在每个转子齿22的整个长度上，使得整个电磁线圈28都能够被有效用于产生磁束。电感电极线圈27和电磁线圈28被由此分开，以防止磁束路径互相干扰，从而能够降低磁干扰，以有效产生感应电流。此外，电感电极线圈27和电磁线圈28能够有效用作电磁体，以产生磁束。

电感电极线圈27形成为集中绕组，关于转子21的径向为相同轴向绕组。电感电极线圈27并联连接地布置在转子21的周向上。电磁线圈28形成为集中绕组，作为周向绕组，使得能够关于转子21的径向，以彼此相反的方向缠绕电磁线圈28中的相邻电磁线圈28。所有电磁线圈28以转子21的外周侧的每个部分和转子21的轴线侧的每个部分交替连接的方式串联连接。

如图4中所示，所有电磁线圈28串联的串联连接的对置端部通过二极管29（29A和29B）分别连接到并联的电感电极线圈27（27A和27B）的对置端部。即使当电感电极线圈27和电磁线圈28（28A和28B）被多极化时，由于所有电磁线圈28串联的串联连接，也可以抑制要使用的二极管29的数量。为了避免使用大量二极管29，二极管29不形成通用的H桥式全波整流电路，而形成中性点箝位式半波整流电路，在该中性点箝位式半波整流电路中，每对二极管29以180°的相位差连接，使得由一对二极管中的一个输出的感应电流可被反相并且被半波整流。

因此，在磁阻电动机10中，允许从定子齿12的内周面12a交链到转子齿22的外周面22a的磁束的空间谐波分量穿过由磁导率高的电磁钢片制成的芯材27a，并且不与电磁线圈28产生干扰（不减小感应电流），使得电感电极线圈27能够有效产生并收集感应电流。在电感电极线圈27中分别产生的感应电流被二极管29整流，然后汇集，以分别流入串联连接的电磁线圈28。因此，电磁线圈28能够有效自激，以产生大磁束（电磁力）。

结果，在磁阻电动机10中，由于在磁阻电动机10D中互相干扰而减弱的磁束可以被分开独立用于励磁目的和电磁体目的的电感电极线圈27和电磁线圈28平滑化并有效使用，该磁束可被有效收集并且输出作为能量。

此外，将电感电极线圈27和电磁线圈28布置在转子21的周向上，并且使其多极化。因此，与Sakutaro Nonaka,“Self-ExcitationType Single-Phase Synchronous Motor”,IEEJ Transactions Vol.78No.842,November1958,P.18-26中描述的双极电动机的情况相比，与每个转子齿22交链的磁束的量能够在周向上散布，并且作用于每个转子齿22的电磁力（磁阻转矩）也能够在周向上散布，从而抑制电磁振动。因此，能够使磁阻电动机10更安静。

（根据实施例的磁阻电动机10的特定结构）

利用由铜导体制成的线材，将电感电极线圈27和电磁线圈28，包括驱动线圈14，形成为绕组。铜导体的使用提高了电导率，并且降低损耗，使得能够有效产生感应电流，并且用作励磁电流。当将铜导体用作线圈27、28以及14的线材时，优选地采用矩形导体线，使得能够降低线圈电阻产生的铜损或者热损。此外，当将线圈27、28和14形成为垂直缠绕的扁绕线圈，从而将内径面侧设定为短边时，能够减小分布电容（杂散电容），从而改善频率特性。此外，由于线材的周向长度长，所以能够抑制趋肤效应导致的电阻升高，使得能够抑制效率降低。因此，具有少量铜导体的线圈27、28和14能够收集更多的损耗能量。顺便提及，线圈27、28和14的线材并不局限于铜导体，而且可以根据任何其他目的，选择其线材。例如，可以利用其比重是铜比重的1/3的铝导体来降低重量。

在定子11中，定子齿12的内周面12a在周向上向前和向后凸出，以在开口式狭缝13中形成颈部12b。因此，空间谐波磁束能够与电感电极线圈27的内部有效交链。

可以利用诸如树脂的非磁性物质将电感电极线圈27与芯材27a一起固定到转子21侧，利用该非磁性材料，电磁线圈28保持在转子齿22上。顺便提及，电感电极线圈27可以构造为利用用于紧固转子21的轴向对置端部的紧固端板在轴向上与芯材27a紧固在一起，或者可以利用由非磁性物质制成的螺栓支承芯材27a。

在磁阻电动机10中，例如，每个电感电极线圈27都由2.0mm×1.0mm的矩形铜线的10匝绕组形成，并且每个电磁线圈28都由2.0mm×1.0mm的矩形铜线的20匝绕组形成。在磁阻电动机10D中，例如，每个电感电极线圈25都由截面为1mm直径的圆形的45匝绕组形成，并且每个电磁线圈26都由截面为1mm直径的圆形的48匝绕组形成。

在磁阻电动机10中，具有图5至图7中所示电流波形的电流流入图4以简单模型示出的电感电极线圈27A和27B以及电磁线圈28A和28B。在磁阻电动机10D中，与流入电感电极线圈27A和27B以及电磁线圈28A和28B中的电流波形具有相同电流波形的电流相应地流入电感电极线圈25和电磁线圈26。

详细地说，电感电极线圈27A中产生的感应电流由二极管19A半波整流，并且被送到下游侧，如图5所示。在电感电极线圈27B中产生的感应电流由二极管29B半波整流和反相，并且被送到下游侧，如图6所示。由于电磁线圈28A和28B串联连接，所以图5和图6中所示的感应电流的合成波能够作为励磁电流流入电磁线圈28A和28B中的每一个，使得电磁线圈28A和28B能够用作电磁体。总之，电感电极线圈27（25）收集在背景技术中导致损耗的空间谐波磁束作为能源，并且电磁线圈28（26）有效利用收集的能量产生磁束。这样产生的磁束与定子11的驱动线圈14中产生的磁束叠加，从而使转子21有效旋转。

磁阻电动机10D可以在电磁线圈26中产生励磁电流，如图8所示。因此，与磁阻电动机10B相比，如图9所示，磁阻电动机10D能够改善转矩特性，以使由在电磁线圈26中产生的电磁力（磁束）获得的磁阻转矩与和磁阻电动机10B中的磁阻转矩相同的磁阻转矩叠加。

在磁阻电动机10D中，如图8所示，已经证明，在电磁线圈26中产生的励磁电流具有作为主分量的第三谐波，在该第三谐波中，在每个电角度周期，三次观察到脉动，并且已经证明，在电感电极线圈25中产生的感应电流主要由第三空间谐波磁束获得。

根据该事实，当如图10所示，根据对磁阻电动机10D中的第三空间谐波磁束的磁路进行的磁性分析，以矢量表示法示出磁束密度分布时，能够确认，在转子21侧，靠近转子齿22的外周面22a，磁束向量V集中。由转子齿22的内部的磁束向量V判定，还能够明白，第三空间谐波磁束穿过槽23中的空间磁路MR并且返回定子齿12侧，在图10中，利用虚线箭头表示该空间磁路MR。

因此，在磁阻电动机10中，在定子齿22的相邻定子齿之间的每个槽23中，每个电感电极线圈27’都布置在图10所示的位置，使得第三空间谐波磁束能够与电感电极线圈27’有效交链。

当在根据该实施例的磁阻电动机10中，同样地以矢量表示法示出第三空间谐波磁束的磁束密度分布时，应当明白，第三空间谐波磁束（磁束向量V）能够与转子21侧的所有转子齿22以及所有电感电极线圈27交链，如图11所示。此外，应当明白，在定子11侧，所有转子齿12还用作磁路，使得第三空间谐波磁束能够通过分散的磁路与转子21侧交链。

这样，第三空间谐波磁束不接近磁饱和，但是能够防止第三空间谐波磁束通过气隙G的交链受到抑制。因此，第三空间谐波磁束能够更好地与电感电极线圈27交链，从而产生较大的感应电流容量。

例如，当电感电极线圈27与周围的磁阻小时，大磁束流入转子齿22，以降低凸极比，并且因此显著降低磁阻转矩。此外，当大磁束流入转子齿22时，根据定子11与转子21之间的相对位置关系，转矩可以在负向上（反向旋转）起作用，或者发生磁性干扰，从而导致转矩降低。

因此，电感电极线圈27布置在转子齿22之间并且在槽23内，以避免电感电极线圈27和转子齿22之间的磁性连接导致的缺点，槽23由间隙或者诸如铝或者树脂的非磁性物质磁独立地构成。

根据该事实，应当明白，如图12所示，与磁阻电动机10D相比，磁阻电动机10能够在电感电极线圈27中更有效产生感应电流并且收集损耗能量。应当明白，与磁阻电动机10D相比，因为感应电流，磁阻电动机10在转矩性能方面得到改善，如图13所示。根据图13所示的转矩特性，与磁阻电动机10D相比，磁阻电动机10能够在稳定转矩方面提高约19.5％，同时与在磁阻电动机10D中相比，能够更加减小磁阻电动机10中的转矩脉动。

此外，例如，当在相同的驱动条件下（转速、电流值和电流相位角），以相同的定子结构，驱动磁阻电动机10和磁阻电动机10B时，与磁阻电动机10B相比，磁阻电动机10能够在稳定转矩方面提高约57.5％，同时与磁阻电动机10B相比，磁阻电动机10中的转矩脉动能够减小约49.8％。因此，在磁阻电动机10中，还能够减小转矩脉动导致的定子的磁性振动（例如，图14所示的振动模式），因此，还能够减小电动机中的电磁振动和电磁噪声。

磁阻电动机10被制造为具有如下结构：转子21侧的凸极（转子齿22）的数量P与定子11侧的槽13的数量S之比为2:3，作为主要采用3f阶空间谐波磁束（f=1,2,3,…）的结构。例如，第三空间谐波磁束以较短周期脉动，因为第三空间谐波磁束的频率高于输入到驱动线圈14的基频。因此，与转子齿22之间的电感电极线圈27交链的磁束的强度发生变化，使得转子21能够有效产生感应电流。因此，转子21能够由于从叠加在基频磁束上的空间谐波分量有效收集的损耗能量而旋转。

对于用于确定转子21侧与定子11侧之间的相对磁性作用的质量的结构，在磁阻电动机10中将P/S=2/3用作转子齿的凸极的数量P与定子槽的数量S的比值的原因是因为能够减小电磁振动，并且能够实现以小电磁噪声的旋转。

详细地说，根据以上述相同方式对磁束密度分布进行的磁场分析，根据转子齿的凸极的数量P与定子槽的数量S的比值，磁束密度分布在360°的机械角度内在周向上分散。因此，在作用于定子11的电磁力的分布中，还发现不均匀分布。

因此，例如，在具有8个凸极的转子齿和9个定子槽的组合的8P9S结构的情况下，可以形成在360°的机械角度内在周向上不均匀的不均匀磁束密度分布，使得在作用于定子11的电磁力的分布中也发生不均匀，并且可能发生大电磁振动。此外，在14P12S结构的情况下，在磁束密度分布中形成彼此旋转对称关系的高区域和低区域。如图14所示，在k=0的振动模式下，可能发生大电磁振动，在k=0振动模式下，在该磁阻电动机中，重复径向收缩和膨胀，而不在振动方向旋转，因此，可以变形为椭圆形。当以这种方式发生电磁振动时，可能因此发生大电磁噪声。

此外，在16P18S结构的情况下，在360°的机械角度内在周向上可能形成磁束不能交链的一些区域，导致收集的能量的量减少。此外，在16P18S结构的情况下，在电感电极线圈中产生的、其波形对应于图7的感应电流的合成波形也具有呈现噪声的波形，如同位于每个电感电极线圈27A’、27B’上，如图15所示。因此，转子21不能稳定旋转。

另一方面，在磁阻电动机10中，采用具有8个凸极的转子齿和12个定子槽的组合的8P12S（P/S=2/3）结构。因此，在360°的机械角度内的周向上，磁束能够以均匀的密度分布交链，使得转子21能够在定子11中以高质量旋转。

因此，在磁阻电动机10中，空间谐波磁束不遗失，而且能够用于旋转操作。此外，能够有效收集损耗能量，使得能够大规模降低电磁振动，并且磁阻电动机10能够非常安静地旋转。

顺便提及，如图16所示，在具有P/S=2/3结构的磁阻电动机10中，具有图17所示波形的磁束与每个转子齿22交链。当对该磁束波形进行傅里叶级数展开时，在3f阶空间谐波磁束中，第三阶分量最大，如图18所示。因此，应当明白，对于在每个电感电极线圈27中产生感应电流，第三阶分量最佳。顺便提及，根据后面描述的图19至21，图16中未示出线圈27和28的视图。

当以矢量表示法方式示出3f阶空间谐波磁束的磁束密度分布时，应当明白，图19中所示的第三空间谐波磁束能够以至少是图20所示第六空间谐波磁束的几倍的或者至少是图21所示第九空间谐波磁束的几倍的高密度交链。

因此，在磁阻电动机10中采用P/S=2/3的结构。为了进行比较，在作为磁阻电动机10的基础的磁阻电动机10B的结构中，以矢量图产生图19至图21中所示的空间谐波磁束分布。

因此，在磁阻电动机10中，不将电功率送到定子11的驱动线圈14之外的任何部件，而是在布置于转子21侧的电感电极线圈27中能够有效产生感应电流，并且该感应电流被作为励磁电流送到能够用作自激电磁体的电磁线圈28。因此，磁阻电动机10获得辅助旋转力，以辅助由送到驱动线圈14的电功率产生的主旋转力，使得磁阻电动机10能够高效旋转。

作为如磁阻电动机10中的径向间隙结构以外的实施例的另一种方式，磁阻电动机10可以制造为具有轴向间隙结构。在这种情况下，例如，磁阻电动机10可以制造为具有图22中所示的多间隙型结构。在该多间隙型结构中，与转子21的轴向端面侧对置的轴向定子31形成在定子11侧，并且延伸的驱动线圈14’缠绕在轴向定子31上。此外，与其轴向端面侧的轴向定子31对置的电感电极线圈47缠绕在芯材47a上的结构附加在转子21侧。

当该磁阻电动机被制造为具有平坦大直径电动机结构时，可以采用转子可旋转地容纳在内定子与外定子之间的双间隙型电动机结构。在该双间隙型电动机结构中，电感电极线圈67布置在与内定子51对置的转子61的内周面侧，以收集损耗能量，并且电磁线圈68布置在与外定子71对置的转子61的外周面侧，以利用收集的感应电流作为励磁电流来产生转矩。

在具有类似磁阻电动机10的径向间隙结构的电动机中，定子11和转子21通常被制造为具有电磁钢片的层叠结构。然而，本发明并不局限于此。例如，可以采用所谓SMC磁芯。SMC磁芯是粉末磁芯，其中对由诸如铁粉的磁性粒子形成的经过绝缘涂层表面处理的软磁性复合物进一步执行铁粉压缩成形和热处理。该SMC磁芯优选用于轴向间隙结构，因为它容易成形。

此外，磁阻电动机10并不局限于车载用途。优选地，可以将磁阻电动机10用作风力发电机、机械工具等的驱动源。

本发明的范围并不局限于附图和说明书中描述的说明性实施例，并且可以包括能够与本发明涉及针对的任何电动机实现等同效果的所有实施例。此外，本发明的范围并不局限于权利要求书描述的本发明的特征的组合，而且可以根据从所公开的所有特征中选择的特定特征的任何期望的组合，描述本发明的范围。

本申请要求2013年3月19日提交的日本专利申请JP2013－055860的优先权，该申请的全部内容通过引用合并在本申请中，如同在此详细描述。

Claims

1.一种磁阻电动机，包括：定子，其设置有驱动线圈，多相驱动电流被输入到所述驱动线圈；以及转子，其设置有多个凸极，当所述驱动线圈中产生的磁束与所述转子交链时，所述凸极接受主旋转力，其中：

所述转子包括：

电感电极线圈，其布置在磁路上，所述磁路为叠加在所述驱动线圈中产生的所述磁束上的空间谐波分量与所述转子侧交链，由于所述磁束的所述空间谐波分量，使得在所述电感电极线圈中产生感应电流；

整流元件，其对所述电感电极线圈中产生的所述感应电流进行整流；以及

电磁线圈，其被所述整流元件整流后的所述感应电流自激，产生作为辅助所述主旋转力的辅助旋转力的电磁力，并且

所述电感电极线圈和所述电磁线圈不彼此兼用，而是分别布置在所述转子上。

2.根据权利要求1所述的磁阻电动机，其中所述电感电极线圈布置在所述转子的所述凸极中的相邻凸极之间。

3.根据权利要求1所述的磁阻电动机，其中每个所述电感电极线圈具有磁独立于所述电感电极线圈之外的包括所述电感电极线圈缠绕于其上的芯材的构成材料的结构。

4.根据权利要求1所述的磁阻电动机，其中所述电感电极线圈的缠绕于其上的芯材由磁性物质制成。

5.根据权利要求1所述的磁阻电动机，其中所述转子的所述凸极的数量P与所述定子的所述驱动线圈布置于其中的槽的数量S的比值被设定为P/S=2/3。