CN109219915B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

旋转电机(1)的转子(30)包括：励磁铁芯(32)，所述励磁铁芯(32)具有筒状的轴套部(321、321a、321b)和配置于轴套部的外周侧、在周向上交替形成有不同极性的磁极的多个爪状磁极部(323、323a、323b)；励磁绕组(33)，所述励磁绕组(33)卷绕于轴套部的外周侧，由通电而产生磁动势；永磁体(34)，所述永磁体(34)在周向相邻的爪状磁极部之间配置成，易磁化轴朝向周向，其极性与通过励磁而在爪状磁极部交替出现的极性一致；以及磁通短路构件(35、36、37、38)，所述磁通短路构件(35、36、37、38)具有短路部(35a、36a)，该短路部(35a、36a)将在周向上不同极性的爪状磁极部彼此磁连接。

Description

旋转电机

相关申请的援引

本申请以2016年6月3日申请的日本专利申请号2016-112278号的申请和2017年4月28日申请的日本专利申请号2017-89433号为基础，要求其优先权，将上述专利申请的全部内容以参照的形式纳入本说明书。

技术领域

本发明涉及一种例如装设于汽车、卡车等并作为电动机、发电机来使用的旋转电机。

背景技术

作为现有的旋转电机，已知一种包括伦德尔型转子的旋转电机，上述伦德尔型转子具有：由通电而产生磁动势的励磁绕组；通过该励磁绕组的磁动势而沿旋转周向交替地励磁有NS磁极的多个爪状磁极片。此外，在专利文献1和专利文献2中，公开有一种车辆用交流发电机，为了使由励磁绕组励磁的磁路的有效磁通增加，使永磁体夹设于周向上相邻的爪状磁极片之间。

在专利文献1中记载有：利用由计算产生发电机输出特性的拐点的永磁体磁通与爪状磁极片的各常数L、W及θ之间的关系而导出的数学式，从而只要确定各常数L、W及θ，就能统一确定永磁体的残留磁通密度Br。藉此，即使规格不同，也能设定一种磁极，能普遍避免电池过充电且能实现高效率和高输出化。

在专利文献2中记载有：具有配置于爪状磁极片的外周侧的磁极筒部(磁通短路构件)，在磁通短路构件的外径侧表面，具有与爪状磁极片的轮廓外形对应的凸部和与相邻的爪状磁极片之间的空隙对应的凹部。此外，在专利文献2中记载有：上述凸部和上述凹部连接成坡状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平4-255451号公报。

专利文献2：日本专利特开2009-148057号公报

发明内容

如上述专利文献2所示，在旋转件(转子)的爪状磁极片的外周侧设置磁通短路构件，能使涡电流降低而提高可靠性，但通过磁通短路构件会使相邻的爪状磁极片的N极和S极之间的磁通短路从而导致输出下降。此外，在专利文献2中虽未给出启示，但由磁体和爪状磁极片构成的转子会因磁体的重量增加而使离心力导致的爪状磁极片向径向外侧的变形量相应增加。因此，为了在由离心力使变形量最大的情况下也确保有与不具有磁体的转子同等的、固定件(定子)与转子之间的气隙，需要扩大定子与转子之间的气隙。但是，若气隙扩大，则由磁阻的增加会导致转子的励磁电流的磁通产生能力下降。

另外，尽管在专利文献1中公开了带有磁体的伦德尔型发电机，但关于离心力对永磁体和爪状磁极片的影响和对策没有任何记载。

为了解决上述技术问题，在具有磁体的伦德尔型转子中，若为了不扩大爪状磁极片而增加根部的厚度以进行加强，则无法达到磁路的最适尺寸，结果，存在输出降低这样的其它技术问题。因此，不扩大定子与转子之间的气隙，如专利文献2的公开所示，较为理想的是，通过磁通短路构件来增加爪状磁极片的外周面的强度。然而，如专利文献2的记载所示，与专利文献1的结构相比，由于存在输出变差的主要原因，因此，尚未流通。

转子除了需要允许产生于旋转轴的干扰以外，还需要通过上述气隙不与定子接触。考虑干扰和由离心力产生的转子本身的变形来设计气隙。在通过滚珠轴承来抑制干扰的影响的结构中，尤其要考虑爪状磁极片的变形。因此，为了在爪状磁极片间增加磁体这样的重物，维持可靠性，在带有磁体的伦德尔型转子中，需要使气隙形成得比没有磁体的伦德尔型转子的气隙大。因此，需要增大励磁电流，存在铜损上升、发热增加这样的新的技术问题。也存在通过使转子的盘部的截面积增加，从而抑制变形量的设计，但由于励磁绕组的配置空间减少会导致发热增加，由于直流电阻值的增加会导致发热增加，由于轴向尺寸的增加会造成装设性变差。

以往，在设计成将通过励磁绕组的励磁而在转子的轴套部产生的磁通从盘部向爪状磁极片引导的情况下，将转子的一部分的截面积作为基准，对磁通泄漏进行考虑，从轴套部到达爪状磁极片，使磁特性保持为恒定，或者缓慢地下落。在上述设计中，磁体的重量是爪状磁极片的重量的0.3～0.7倍左右，能容易地想到带磁体的伦德尔型转子的爪状磁极片的重量在不较大地脱离现有的1.3～1.7倍的范围内的范围。因此，如果不相对于现有的产品的一般的气隙即0.25～0.35mm，在0.37～0.52mm左右的气隙范围内设计，就不能将采用了现有产品的磁路合适尺寸的、带磁体的伦德尔型转子制作成具有与现有产品相同的强度可靠性。

图25是将磁动势的单位即安培匝数(AT)作为横轴，将气隙设定为0.3mm和0.4mm时的旋转电机的励磁特性作为纵轴的特性图。由图25可知，在现有产品中，若将气隙从0.3mm扩大到0.4mm，则需要使励磁能力提高40％。此外，励磁能力与现存的电刷能力配合进行设计，因此，可以想到在连续额定电流范围中利用与现有的没有磁体的伦德尔型转子相同的磁通，这对于电刷的耐热能力是困难的。如图26所示，即使电刷可以承受，由于向励磁绕组流入的电流增大会使铜损导致的发热量恶化92％，从而需要重新考虑冷却问题。

本发明所要解决的技术问题是提供一种旋转电机，能抑制气隙的扩大且能确保足够的强度可靠性，并能通过提高励磁特性和最大磁通从而实现高输出，且能降低励磁绕组的发热量从而能确保热性能可靠性。

在本发明的第一方式中，

在旋转电机中包括：定子，上述定子构成为在定子铁芯卷绕有电枢绕组；以及转子，上述转子与上述定子的内周侧在径向上相对配置，

上述转子包括：

励磁铁芯，上述励磁铁芯具有筒状的轴套部和配置于上述轴套部的外周侧、沿周向交替形成有不同极性的磁极的多个爪状磁极部；

励磁绕组，上述励磁绕组卷绕于上述轴套部的外周侧，由通电而产生磁动势；

永磁体，上述永磁体在周向上相邻的上述爪状磁极部之间配置成，易磁化轴朝向周向，其极性与通过励磁而在上述爪状磁极部交替出现的极性一致；以及

磁通短路构件，上述磁通短路构件具有短路部，该短路部将在周向上不同极性的上述爪状磁极部彼此磁连接，

构成为：设上述轴套部的对应一对NS磁极的轴向截面积为Ab，上述轴套部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bsb，上述永磁体的残留磁通密度为Br，上述永磁体的磁通流入流出面的表面积为Am，上述短路部的周向截面积为As，上述短路部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bss时，

Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。

根据上述结构，在向励磁绕组通电从而使场通量励磁于励磁铁芯的情况下，使流过卷绕有励磁绕组的轴套部的磁通饱和，从而能使永磁体的磁力Ψm向定子流出。因此，利用永磁体的磁力Ψm，从而能引发与现有的因设置于爪状磁极部之间的短路部的磁通泄漏而导致的能力下降相比，同等以上的磁力增加，可以将励磁特性和最大磁通设定得高，从而能实现高输出。

此外，磁通短路构件在包括爪状磁极部的外周侧、内周侧并在周向上不同极性的爪状磁极部之间，配置于除了永磁体以外的空间。在磁通短路构件配置于爪状磁极部的外周侧的情况下，能利用离心力来增加爪状磁极部的径向强度，因此，能抑制爪状磁极部因离心力朝径向外侧扩张。因此，能使定子与转子之间的气隙处于与现有的、占流通多数的、没有磁体的伦德尔型转子相同的水平。藉此，能抑制气隙的扩大并且能确保足够的强度可靠性。此外，通过减少气隙，从而能减低向励磁绕组通电的励磁电流，因此，与现有的带有磁体的伦德尔型转子相比，能降低励磁绕组的发热量。藉此，能利用现有的空气冷却机构的能力来实现热性能可靠性。

附图说明

图1是实施方式一的旋转电机的轴向剖视图。

图2是取下实施方式一的转子的磁通短路构件的状态的立体图。

图3是安装有实施方式一的转子的磁通短路构件的状态的立体图。

图4是从实施方式一的转子的轴向观察到的主视图。

图5是表示实施方式一的励磁铁芯的各尺寸的说明图。

图6是将实施方式一的转子的磁通短路构件的一部分在周向展开后的局部展开图。

图7是表示对气隙设定为0.3mm和0.4mm的情况、磁体的有无等进行各种组合后的旋转电机中，安培匝数与饱和磁通之间的关系的特性图。

图8是表示实施方式一中，朝电枢绕组的交链磁通量与As/Ab之间的关系的特性图。

图9是表示实施方式一中，朝电枢绕组的交链磁通量与S/Ψn之间的关系的特性图。

图10是表示在变形例一中，磁通短路构件的短路部与定子的位置关系的说明图。

图11是变形例二的转子的立体图。

图12是实施方式二的旋转电机的轴向剖视图。

图13是表示实施方式二的转子的一部分的局部立体图。

图14是表示实施方式二的转子的磁极铁芯的一部分的局部立体图。

图15是表示实施方式二的转子的铁芯构件的一部分的局部立体图。

图16是实施方式三的旋转电机的轴向剖视图。

图17是表示实施方式三的转子的铁芯构件的局部剖视立体图。

图18是表示实施方式三的磁通短路构件的立体图。

图19是表示d轴的磁路的局部俯视图。

图20是表示d轴的磁路的局部剖视立体图。

图21是表示实施方式三的d轴的磁路的局部俯视图。

图22是表示励磁电流与磁导之间的关系的图表。

图23是表示磁通短路构件的配置例的示意图。

图24是表示实施方式三的磁通短路构件的变形例的立体图。

图25是表示将气隙设定为0.3mm和0.4mm时的安培匝数与饱和磁通密度之间的关系的特性图。

图26是表示将气隙设定为0.3mm和0.4mm时的安培匝数比与励磁绕组发热量比之间的关系的特性图。

具体实施方式

图7是表示对气隙设定为0.3mm和0.4mm的情况、磁体有无等进行各种组合的结构的旋转电机中，安培匝数与饱和磁通之间的关系的特性图。如专利文献2所示，在磁通短路构件设置于转子的爪状磁极片的外周侧的情况下，从图7的细虚线变化为粗虚线，励磁特性降低，这是现有技术的考虑方法。上述考虑方法是尽可能使磁通短路构件的爪状磁极片之间的尺寸缩小的考虑方法的根源。即，考虑仅使朝电枢绕组的交链磁通降低泄漏于磁通短路构件的磁通的量。

此外，随着励磁轴套部饱和，轴套部侧的磁阻升高，因此，磁体磁力Ψm容易流向定子侧，从而描绘出曲线。轴套部饱和后，利用励磁电流AT的去磁场而发生退磁，执行磁通密度Bb变小。在图7中，当转子无负载时，磁体的磁通没有被引导至定子侧，不会使电池过充电，因此，将磁体量设定为Ab·Bs＝2·Br·Am。其中，Ab：轴套部截面积、Bs：轴套部B50、Am：永磁体的磁通流入流出面的表面积、Br：磁体残留磁通密度。轴套部截面积Ab是轴套部整体的截面积除以转子的极对数的值。本发明的旋转电机的磁场设为相对于磁体的厚度为5～10mm，随着温度而变化的矫顽力为100kA/m左右的钕磁体，因此，作为Bs不是饱和磁通密度而采用B50的值。另外，若上述B50的磁通值是电磁软铁时，一般只能将Bs减去一成左右，在大致的情况下，能以误差较小的方式进行适应。

在此，将称为短路部的磁性体面向与定子之间的气隙追加，利用该短路部促进轴套部的磁饱和，从而有效地促进磁阻下降。因此，相比专利文献1的情况，在定子没有饱和的时刻使轴套部饱和，从而能使定子的磁阻相对于转子变低。其结果是，磁体磁力Ψm的峰值点发生在低通电励磁＝退磁场，应该会变高。本发明人着眼于上述这点并进行了大量研究，致力于研究轴套部的磁阻的增加与短路部的截面积的关系，结果，最终完成了本发明。

以下，参照附图，对本发明的旋转电机的实施方式进行具体说明。

实施方式一

参照图1～图11、图19、图20，对实施方式一的旋转电机进行说明。实施方式一的旋转电机是装设于车辆并作为发电机来使用的车辆用交流发电机。

<车辆用交流发电机的整体结构>

如图1所示，实施方式一的车辆用交流发电机1包括壳体10、定子20、转子30、励磁绕组供电装置、整流器45等。壳体10由各自一端开口的有底圆筒状的前壳体11和后壳体12构成。前壳体11和后壳体12由螺栓13旋紧成开口部彼此接合的状态。

定子20包括：圆环状的定子铁芯21，上述定子铁芯21具有沿周向排列的、图19、图20所示的多个切槽22和多个极齿23；以及电枢绕组25，上述电枢绕组25由卷绕于定子铁芯21的切槽22的三相的相绕组构成。多个极齿23是从定子铁芯21朝径向延伸的部位。多个切槽22是形成于周向上相邻的极齿23之间的空间，是对电枢绕组25进行收容的部位。上述定子20以轴向上被前壳体11和后壳体12的周壁内周面夹住的状态固定。

如图2、图3和图4所示，转子30具有旋转轴31(参照图1)、伦德尔型励磁铁芯32及多个永磁体34。旋转轴31经由一对轴承14、14以能够自由旋转的方式支承于壳体10。励磁铁芯32由嵌合固定于旋转轴31的外周的一对磁极铁芯32a、32b构成。励磁绕组33卷绕于励磁铁芯32的轴套部321(321a、321b)。永磁体34配置于励磁绕组33与在励磁铁芯32的周向上相邻的爪状磁极部323之间。上述转子30以与定子20的内周侧在径向上相对并能旋转的方式设置。上述转子30通过固定于旋转轴31的前端部的带轮31A而被装设于车辆的、未图示的发动机驱动旋转。轴套部321相当于本实施方式的“铁芯部”。

如图1和图2所示，励磁铁芯32由固定于旋转轴31的前侧(图1的左侧)第一磁极铁芯32a和固定于旋转轴31的后侧(图1的右侧)的第二磁极铁芯32b构成。第一磁极铁芯32a由圆筒状的第一轴套部321a、第一盘部322a及第一爪状磁极部323a构成。第一轴套部321a在励磁绕组33的径向内侧使场通量沿轴向流动。第一盘部322a从第一轴套部321a的轴向前端部沿周向以规定间隔地朝径向外侧延伸并使场通量沿径向流动。第一爪状磁极部323a从第一盘部322a的前端以围住励磁绕组33的方式沿轴向延伸并与定子铁芯21进行磁通传输。

第二磁极铁芯32b与第一磁极铁芯32a具有相同的形状，由第二轴套部321b、第二盘部322b及第二爪状磁极部323b构成。第一磁极铁芯32a和第二磁极铁芯32b由软磁体构成。

使第一爪状磁极部323a和第二爪状磁极部323b以彼此不同的朝向来配合，将第一磁极铁芯32a和第二磁极铁芯32b组装成第一磁极铁芯32a的轴向后端面和第二磁极铁芯32b的轴向前端面接触的状态。藉此，第一磁极铁芯32a的第一爪状磁极部323a与第二磁极铁芯32b的第二爪状磁极部323b在周向交替配置。第一磁极铁芯32a和第二磁极铁芯32b各自具有八个爪状磁极部323，在实施方式一中，形成为16极(N极：8，S极：8)的伦德尔型转子铁芯。

励磁绕组33以与励磁铁芯32电绝缘的状态卷绕于第一和第二轴套部321a、321b的外周面，被第一和第二爪状磁极部323a、323b围住。励磁电流If从未图示的励磁电流控制电路向上述励磁绕组33通电，从而在轴套部321产生磁动势。藉此，在第一磁极铁芯32a的第一爪状磁极部323a和第二磁极铁芯32b的第二爪状磁极部323b分别形成不同极性的磁极。在实施方式一的情况下，第一爪状磁极部323a被磁化成S极，第二爪状磁极部323b被磁化成N极。

在上述情况下，通过励磁绕组33而产生于励磁铁芯32的轴套部321的磁通形成为磁路，该磁路例如在从第一磁极铁芯32a的第一轴套部321a流向第一盘部322a、第一爪状磁极部323a后，从第一爪状磁极部323a经由定子铁芯21而流向第二磁极铁芯32b的第二爪状磁极部323b，然后从第二爪状磁极部323b经由第二盘部322b、第二轴套部321b而回到第一轴套部321a。上述磁路是产生转子30的反电动势的磁路。

此外，如图2所示，在周向上交替配置的第一爪状磁极部323a与第二爪状磁极部323b之间，形成有沿从轴向倾斜的方向延伸设置的间隙，在各间隙中分别配置有一个永磁体34。各永磁体34具有长方体形状的外形，易磁化轴朝向周向。此外，各永磁体34以周向两侧的端面(磁通流入流出面)分别与第一和第二爪状磁极部323a、323b的周向侧面抵接的状态，保持于第一和第二爪状磁极部323a、323b。藉此，各永磁体34配置成其极性与通过励磁绕组33的励磁而交替出现于第一、第二爪状磁极部323a、323b的极性一致(参照图6)。

如图3～图6所示，磁通短路构件35由软磁体形成为轴向截面积(壁厚)在周向上恒定的中空圆筒状(参照图4)，以与各爪状磁极部323的外周面接触的状态，嵌合并固定于励磁铁芯32的外周侧。即，上述磁通短路构件35具有短路部35a，该短路部35a将在周向上交替配置的不同极性的爪状磁极部323彼此磁连接。在实施方式一的情况下，如图5所示，磁通短路构件35具有比定子铁芯21的轴长L2大的轴长L1，轴长L1的全长形成为短路部35a。藉此，短路部35a设置成轴向两端部在转子30与定子铁芯21的径向上相对的相对面的轴向外侧露出。此外，短路部35a的轴向的截面积As在周向上恒定。即，在短路部35a在周向上不设置使壁厚变化的凹凸部、孔。为了降低反电动势，短路部35a的构件由相对导磁率比励磁铁芯32(尤其是轴套部321)的材料的相对导磁率高的材料形成即可。

励磁绕组供电装置是用于向励磁绕组33供电的装置，如图1所示，具有一对电刷41、一对集电环42及调节器43等。一对集电环42嵌合并固定于旋转轴31的轴向一端(图1的右侧端)。一对电刷41配置成在其径向内侧的前端压至集电环42的表面的状态下可以滑动。一对电刷41通过集电环42而向励磁绕组33供电。调节器43是通过对流向励磁绕组33的励磁电流If进行控制，从而对车辆用交流发电机1的输出电压进行调节的装置。此外，整流器45是与电枢绕组25电连接、将从电枢绕组25输出的交流电整流成直流电的装置。上述整流器45由多个二极管(整流元件)等构成。

通过皮带等将来自发动机的旋转力传递至带轮31A，具有以上结构的车辆用交流发电机1使转子30与旋转轴31一同沿规定方向旋转。在上述状态下，从电刷41经由集电环42而向转子30的励磁绕组33施加励磁电压，从而使第一磁极铁芯32a的第一爪状磁极部323a和第二磁极铁芯32b的第二爪状磁极部323b励磁，沿转子30的旋转周向交替地形成NS磁极。藉此，向定子20的电枢绕组25施加旋转磁场，从而使交流的电动势产生于电枢绕组25。在电枢绕组25产生的交流的电动势通过整流器45而整流成直流电后，向未图示的电池供给。

接着，对实施方式一的车辆用交流发电机1的特征结构进行说明。在上述结构的车辆用交流发电机1中，构成为：设轴套部321的对应一对NS磁极的轴向截面积为Ab(以下，称作“轴套部截面积Ab”)，轴套部321的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bsb，永磁体34的残留磁通密度为Br，永磁体34的磁通流入流出面的表面积为Am，短路部35a的周向截面积为As(以下，称作“短路部截面积As”)，短路部35a的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bss，使得Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。另外，如图5所示，设圆筒状的轴套部321的总截面积为A，成对的NS极的极对数为P，轴套部截面积Ab表示为Ab＝A/P。

在Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am中，Ab·Bsb是流过轴套部321的磁通，As·Bss是流过短路部35a的磁通，Br·Am是永磁体34的一个磁通。因此，上述关系表示流过轴套部321的磁通与流过短路部35a的磁通之和比永磁体34的磁通大。

图8是本发明人对(短路部截面积As)/(轴套部截面积Ab)与朝电枢绕组25的交链磁通量之间的关系进行研究后的结果。如图8所示，在As/Ab为0.03～0.22的范围内，与没有设置圆筒构件的情况相比，朝电枢绕组25的交链磁通量不是减少而是相同。另外，在将定子20侧的截面积设计设计成与现有产品相同的情况下，通过本结构，能得到与设置有圆筒构件的情况下降低的磁通相同的磁体磁通。因此，不会发生因从定子20测定的磁通量的上升而导致的反电动势常数、电感的显著变化。另一方面，在现有技术中，将产生的漏磁通设为0，磁通不会降低，还能得到通过圆环增加强度、防止爪与定子励磁电流的共振、降低风切声等优异的附带效果。在此，朝电枢绕组25的交链磁通是磁体磁通Ψn与场通量Ψm之和，因此，能减少永磁体34以降低成本，电阻值减少的这部分，能利用场通量Ψm。此外，即使与48V、12V这样作为车辆用的远低于混合动力车的200V～700V的低电压区域的电池连接，也能提高短路性能，以防止EMF(电动势)导致的过充电。此外，图8的条件是，将此时的定子20的外周部的对应于一极的截面积Acb和定子20的一极极齿的截面积Ateeth中较小的一方的截面积作为Astator。此时，在现有技术中，一般设Ab×0.5≦Astator≦Ab×1.0，但在本发明中，较为理想的是，设为Astator≧1.0Ab。

此外，在实施方式一的车辆用交流发电机1中，转子30构成为1≦(Ab·Bsb+As·Bss)/(2·Br·Am)≦1.4的关系成立。在此，将As/Ab固定在朝电枢绕组25的交链磁通的峰值即1.4，将短路能力S：(Bs·Ab+Bs·As)与无负载时的磁体磁通Ψn：(Br·Am)的S/Ψn作为横轴，将朝电枢绕组25的交链磁通量作为纵轴，从而得到图9所示的结果。即，满足Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am、且0.03≦As/Ab≦0.22的关系，即使在S/Ψn为1～1.4的范围内，EMF限制严格的低电压范围内，也能增加鲁棒性，使EMF条件成立，从而使朝电枢绕组25的交链磁通量不减少地进行利用。

<作用和效果>

根据以上构成的实施方式一的车辆用交流发电机1，转子30构成为Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am、且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。藉此，在向励磁绕组33通电从而使场通量励磁于励磁铁芯32的情况下，能使流过卷绕有励磁绕组33的轴套部321的磁通饱和，从而能使永磁体34的磁力Ψm向定子20流出。因此，利用永磁体34的磁力Ψm，能引发比因设置于现有的爪状磁极部之间的短路部的磁通泄漏导致的能力下降更高的磁力增加，通过提高励磁特性和最大磁通，从而能实现更高的输出。

此外，在实施方式一中，圆筒状的磁通短路构件35设置于爪状磁极部323的外周侧，从而能利用离心力使爪状磁极部323的径向强度增加，因此，能抑制爪状磁极部323因离心力而朝径向外侧扩张。因此，能使定子20与转子30之间的气隙处于与现有的占流通多数的、没有磁体的伦德尔型转子相同的水平。藉此，能抑制气隙的扩大并且能确保足够的强度的可靠性。

此外，在实施方式一中，通过减少气隙，从而能减低朝励磁绕组33通电的励磁电流，因此，与现有的带有磁体的伦德尔型转子相比，能降低励磁绕组33的发热量。藉此，能利用现有的空气冷却机构的能力实现热性能的可靠性。

此外，在实施方式一中，圆筒状的磁通短路构件35对爪状磁极部323进行限制，从而能抑制爪状磁极部323的共振、能降低噪声。此外，在爪状磁极部323越靠近爪前端而形成得越细的情况下，会进一步产生供励磁绕组33卷绕的空间。将励磁绕组33追加卷绕于上述空间，从里(也就是，内周侧)对爪状磁极部323进行抑制，从而能进一步减少爪状磁极部323的振动、实现低噪声化。

此外，在实施方式一中，利用圆筒状的磁通短路构件35，将在圆周上(即，沿周向)排列的爪状磁极部323覆盖隐藏。根据上述结构，能使爪状磁极部323之间的风切的噪声降低，使负载转矩减少，从而能使效率性能提高。

此外，在实施方式一中，圆筒状的磁通短路构件35比爪状磁极部323更向定子20侧突出并与定子20的内周面相对，从而能使通过励磁绕组33从轴向朝定子20侧引导的磁通的方向接近以轴为法线的平面。因此，能减少通常将电绝缘的电磁钢板层叠而制成的定子20的、朝轴向的磁通，从而能减低涡流损耗。

此外，在实施方式一中，转子30构成为1≦(Ab·Bsb+As·Bss)/(2·Br·Am)≦1.4的关系成立。藉此，在低电压范围内，除了能严密地降低反电动势以外，还能通过减少永磁体34来降低成本。

此外，在实施方式一中，使磁通短路构件35的短路部35a的周向截面积As在周向上恒定，从而能容易地导出采用短路部35a的周向截面积As来设定的上述关系式。此外，短路部35a没有应力集中系数而不会引起应力集中，因此，能充分确保磁通短路构件35的强度。

此外，在实施方式一中，短路部35a设置成至少一部分露出到转子30与定子铁芯21的径向上相对的相对面的轴向外侧。藉此，短路部35a使磁通在转子30与定子铁芯21的相对面以外的位置短路，穿过短路部35的磁通难以向定子铁芯21漏出，因此，能更容易使反电动势降低。

[变形例1]

如图10所示，变形例1的磁通短路构件36的结构与上述实施方式一不同。变形例1的磁通短路构件36由软磁体形成为壁厚恒定的中空圆筒状，但在与配置于励磁铁芯32的在周向上相邻的爪状磁极部323之间的永磁体34在径向相对的部位，形成有多个窗部36b，在这点上与上述实施方式一的磁通短路构件35不同。窗部36b沿爪状磁极部323的周向侧面而轴向倾斜地延伸，倾斜方向形成得相反的窗部36b在周向上交替配置。

上述磁通短路构件36的窗部36b以外的部位以与在周向上交替排列的第一爪状磁极部323a和第二爪状磁极部323b的外周面接触的状态，嵌合并固定于励磁铁芯32的外周。藉此，在磁通短路构件36的轴向两端部，形成有将在周向上相邻的第一爪状磁极部323a与第二爪状磁极部323b磁连接的短路部36a。即，短路部36a将第一爪状磁极部323a的根部与第二爪状磁极部323b的前端部或者将第一爪状磁极部323a的前端部与第二爪状磁极部323b的根部连接。与实施方式一相同，上述短路部36a的轴向截面积在周向上恒定。此外，短路部36a设置成一部分突出到转子30与定子铁芯21的径向上相对的相对面的轴向外侧。因此，在变形例1的情况下，也能起到与实施方式一相同的作用和效果。为了降低反电动势，与短路部35a同样地，短路部36a的构件由相对导磁率比励磁铁芯32(尤其是轴套部321)的材料的相对导磁率高的材料形成即可。

[变形例2]

如图11所示，变形例2的磁通短路构件37构成为仅将变形例1的磁通短路构件36中的轴向两端部的两个短路部36a、36a的部分提取出。即，磁通短路构件37由配置于励磁铁芯32的轴向两端部的两个环状构件构成。与变形例1的短路部36a相同，各磁通短路构件37将第一爪状磁极部323a的根部与第二爪状磁极部323b的前端部或者将第一爪状磁极部323a的前端部与第二爪状磁极部323b的根部连接。

因此，根据变形例2的磁通短路构件37，与变形例1的磁通短路构件36相比，去除了轴向中央部分，因此，能防止由离心力而使爪状磁极部323向径向外侧变形，并且能实现重量的大幅降低。此外，将爪状磁极部323的由离心力导致的位移较小的根部与由离心力导致的位移最大的前端部按压，从而模拟地形成为两点支承的结构，因此，能协同地形成为坚固的结构。此外，通过磁通短路构件37对爪状磁极部323的前端部进行按压，因此，能有效地抑制朝径向外侧的变形。此外，变形例2的磁通短路构件37安装于励磁铁芯32的轴向两端部，因此，与变形例1的磁通短路构件36那样，安装于励磁铁芯32的轴向中央部的情况相比，能简单地进行安装。

此外，在变形例2中，相对于爪状磁极部323的外周面，形成有称作开槽的、边界线状的、沿周向延伸的槽36c。藉此，能降低产生于爪状磁极部323的涡流损耗。

〔实施方式二〕

参照图12～图15、图19、图20，对实施方式二的旋转电机进行说明。实施方式二的旋转电机是与实施方式一相同的车辆用交流发电机，主要是转子50的结构与实施方式一中不同。以下，对不同点和要点进行说明。另外，对于与实施方式一共用的要素使用相同的标号，省略详细说明。

<车辆用交流发电机的整体结构>

如图12所示，实施方式二的车辆用交流发电机2包括壳体10、定子20、转子50、集电环56、旋转传感器57等。壳体10由一端开口的有底圆筒状的前壳体11和嵌合并固定于前壳体11的开口部的盖状的后壳体12构成。

定子20是与实施方式一的结构相同的构件，包括：圆环状的定子铁芯21，上述定子铁芯21具有图19、图20所示的多个切槽22和多个极齿23；以及电枢绕组25，上述电枢绕组25由卷绕于定子铁芯21的切槽22的三相的相绕组构成。图12的符号26是将从电枢绕组25取出的电流输出的输出线。上述定子20固定于前壳体11的周壁内周面的轴向中央部。

如图12所示，转子50包括旋转轴51、磁极铁芯52、铁芯构件53、励磁绕组54及永磁体55。旋转轴51经由一对含油轴承14、14以能够自由旋转的方式支承于壳体10。磁极铁芯52嵌合并固定于旋转轴51的外周。铁芯构件53具有第一和第二磁极部531a、531b、q轴铁芯部532及短路部533。励磁绕组54卷绕于磁极铁芯52的轴套部521。永磁体55配置于磁极部531a、531与q轴铁芯部532之间。上述转子50设置成与定子20的内周侧在径向上相对并可以旋转，通过未图示的带轮、齿轮等驱动力传递构件，被装设于车辆的、未图示的发动机驱动旋转。磁极铁芯52相当于“铁芯部”。

如图13和图14所示，磁极铁芯52具有：圆筒状的轴套部521，上述轴套部521在励磁绕组54的径向内侧使场通量沿轴向流动；以及第一盘部522a和第二盘部522b，上述第一盘部522a和第二盘部522b从轴套部521的轴向两端分别在周向上以规定间隔地向径向外侧突出。第一盘部522a在轴套部521的轴向一端侧(图13和图14的上侧)设置有8个，具有从径向外侧的前端向轴向另一端侧突出的第一突出部523a。第二盘部522b在轴套部521的轴向另一端侧设置有8个，具有从径向外侧的前端向轴向另一端侧突出的第二突出部523b。第一盘部522a和第二盘部522b在周向上设置于电角度错开180°相位差的位置。

如图13和图15所示，铁芯构件53具有多个(在实施方式二中是16个)磁极部531、q轴铁芯部532及短路部533。磁极部531配置于励磁绕组54的外周侧并在周向上交替形成有不同极性的磁极。q轴铁芯部532位于与穿过磁极部531的d轴相差90°电角度的位置。短路部533设置于磁极部531的外周侧并将相邻的不同极性的磁极部531彼此磁连接。

作为磁极部531，磁化成S极的第一磁极部531a与磁化成N极的第二磁极部531b在周向上交替地各设置有8个。第一磁极部531a的轴向一端侧的端面与第一盘部522a的第一突出部523a抵接，第二磁极部531b的轴向另一端侧的端面与第二盘部522b的第二突出部523b抵接。在各磁极部531的周向两侧与内周侧的三处，设置有对永磁体55进行收容的磁体收容孔534。磁体收容孔534具有比永磁体55的截面形状大的截面形状，在收容于磁体收容孔534的永磁体55的难磁化轴的轴向两侧，设置有磁隙部(屏障)535。短路部533一体地设置于铁芯构件53的外周部。具体而言，是位于q轴铁芯部532和其周向两侧的两个磁体收容孔534的外周侧的部位。为了使反电动势降低，短路部533的构件由相对导磁率比磁极铁芯52的材料的相对导磁率高的材料形成即可。励磁绕组54以与磁极铁芯52绝缘的状态卷绕于轴套部521的外周面，被磁极铁芯52和铁芯构件53围住。上述励磁绕组54从未图示的励磁电流控制电路，通过未图示的电刷、固定于旋转轴51的集电环56而供给有励磁电流If，从而在轴套部521产生磁动势。藉此，将极性不同的磁极分别形成于铁芯构件53的第一磁极部531a和第二磁极部531b。在实施方式二的情况下，第一磁极部523a被磁化成S极，第二磁极部531b被磁化成N极。

如图15所示，永磁体55被一个一个地收容于在各磁极部531的周向两侧与内周侧的各三处设置的磁体收容孔。在上述情况下，在各磁极部531的周向两侧配置在磁极部531与q轴铁芯部532之间的永磁体55a配置成易磁化轴朝向周向，其极性与通过励磁而在磁极部531交替出现的极性一致。此外，配置于各磁极部531的内周侧的永磁体55b配置成易磁化轴朝向径向，径向外侧的极性与通过励磁出现的磁极部531的极性一致。

另外，在实施方式二的情况下，由朝励磁绕组54的通电而形成于铁芯构件53的d轴磁路(图15的实线表示)大致存在有第一d轴回路58a和第二d轴回路58b这两种。第一d轴回路58a是将配置于磁极部531与q轴铁芯部532之间的永磁体55a沿周向横切的磁路。此外，第二d轴回路58b是将配置于磁极部531的内周侧的永磁体55b沿径向横切的磁路。另一方面，利用通过d轴磁路的交链磁通而在电枢绕组25中流动的电流从而形成于铁芯构件53的q轴磁路59(在图15中由虚线表示)是从q轴铁芯部532经由永磁体55b的内周侧而穿过相邻的q轴铁芯部532的磁路。

旋转传感器57对转子50的旋转相位进行检测。上述旋转传感器57通过输出线57a与对车辆用交流发电机2进行控制的、未图示的控制部连接，将检出的转子50的旋转相位信息向控制部输送。

具有以上结构的车辆用交流发电机2将旋转力从未图示的发动机经由驱动力传递构件而传递至旋转轴51，从而使转子50与旋转轴51一同朝规定方向旋转。在上述状态下，通过集电环56向转子50的励磁绕组54施加励磁电压，从而使第一、第二磁极部531a、531b被励磁，以沿转子50的旋转周向交替地形成NS磁极。藉此，向定子20的电枢绕组25施加旋转磁场，从而使交流的电动势产生于电枢绕组25。在电枢绕组25产生的交流的电动势通过未图示的整流器而整流成直流电后，从输出端子取出而向未图示的电池供给。

与实施方式一相同，在上述结构的实施方式二的车辆用交流发电机2中，构成为：设轴套部521的对应一对NS磁极的轴向截面积为Ab(以下，称作“轴套部截面积Ab”)，轴套部521的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bsb，永磁体55的残留磁通密度为Br，永磁体55的磁通流入流出面的表面积为Am，短路部533的周向截面积为As(以下，称作“短路部截面积As”)，短路部533的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bss时，Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。此外，转子50构成为1≦(Ab·Bsb+As·Bss)/(2·Br·Am)≦1.4的关系成立。

<作用和效果>

根据以上构成的实施方式二的车辆用交流发电机2，转子50构成为Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am、且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。藉此，能抑制气隙的扩大且确保足够的强度可靠性，并且通过使励磁特性和最大磁通达到同等以上从而能实现高输出，且降低励磁绕组54的发热量从而能确保热性能可靠性等，能起到与实施方式一相同的作用和效果。

此外，在实施方式二中，转子50构成为1≦(Ab·Bsb+As·Bss)/(2·Br·Am)≦1.4的关系成立。藉此，在低电压范围内，能严密地降低反电动势，能通过减少永磁体55来降低成本等，能起到与实施方式一相同的作用和效果。

此外，实施方式二的转子50具有以下结构：埋入有永磁体55a、55b的铁芯构件53被磁极铁芯52的盘部522从轴向两侧夹住。藉此，在d轴的电感低的本结构中，能有效地对铁芯构件53部分的q轴转矩进行利用。

此外，转子50包括具有短路部533的铁芯构件53，该短路部533设置于磁极部531的外周侧并将不同极性的磁极部531彼此磁连接。藉此，能将短路部533的短路磁路作为抑制反电动势结构来利用，因此，通过减小轴套部521、盘部522的截面积从而能增大励磁绕组54的空间。因此，在确保上述热性能可靠性上变得更有效。

〔实施方式三〕

参照图16～图22，对实施方式三的旋转电机进行说明。实施方式三的旋转电机是与实施方式一相同的车辆用交流发电机，主要是转子30的结构与实施方式一中不同。以下，对不同点和要点进行说明。另外，对于与实施方式一共用的要素使用相同的标号，省略详细说明。

<车辆用交流发电机的整体结构>

如图16所示，实施方式三的车辆用交流发电机3包括壳体10、定子20、转子30、励磁绕组供电装置、整流器45等。代替实施方式一的图1所示的车辆用交流发电机1中具有的磁通短路构件35，在车辆用交流发电机3中具有磁通短路构件38，这点是不同的。

磁通短路构件38相当于实施方式一的短路部35a、36a。上述磁通短路构件38是将周向上交替配置的不同极性的爪状磁极部323彼此以磁短路的方式连接的软磁性体(例如磁性铁板等)。

如图17所示，本方式的磁通短路构件38设置成比永磁体34更靠径向内侧且比励磁绕组33更靠径向外侧。此外，如图18所示，设置成与周向上相邻的爪状磁极部323(即，第一爪状磁极部323a和第二爪状磁极部323b)双方抵接。换言之，磁通短路构件38设置于励磁绕组33与永磁体34之间并与爪状磁极部323接触，因此，将不同极性的爪状磁极部323彼此磁短路。磁通短路构件38可以配置成与爪状磁极部323接触，也可以设置成与永磁体34粘接或者接合，还可以与励磁绕组33粘接。接合可以是电弧焊接、激光光束焊接等熔接，也可以是电阻熔接、煅接等压接，还可以是锡焊、铜焊等钎焊。

<磁通短路构件38的作用>

接着，根据流过励磁绕组33的励磁电流If，对控制磁体磁通Ψn流动的技术进行说明。在此，已经完成的旋转电机不能容易地对定子20和转子30的各磁阻进行测定。电感以匝数(具体地是圈数)的平方的方式变动，因此，难以对大小关系进行评价。因此，在本方式的评价中，使用了能通过后述的测定法容易地进行测定、能进行计算的磁导。将电感设为L(H)，绕组的匝数设为N，磁导P(H)具有一般式P＝L/N²的关系。因此，只要能测定电感，就能容易地算出磁导。此外，匝数N为常数，因此，磁导P和电感L存在比例关系。

当励磁绕组33中有励磁电流If流动时，如图19、图20的粗虚线所示，形成产生转子30的反电动势的d轴磁路Md。图19所示的d轴磁路Md由穿过励磁铁芯32的轴套部321以及一对第一爪状磁极部323a和第二爪状磁极部323b的磁通形成。轴套部321相当于“铁芯部”。

此外，上述磁通的流动的一个示例由图20中的粗虚线表示。本示例是电流流过励磁绕组33而使第一磁极铁芯32a磁化成N极，第二磁极铁芯32b磁化成S极的示例。首先，从定子铁芯21的d轴的极齿23进入励磁铁芯32的第二爪状磁极部323b。然后，经由第二盘部322b、第二轴套部321b、第一轴套部321a、第一盘部322a、第一爪状磁极部323a。此外，从位于定子铁芯21的相差一个磁极的位置的极齿23回到定子铁芯21后，穿过背轭24而到达位于相差一个磁极的位置的d轴的极齿23。虽然省略了图示，但在第一磁极铁芯32a被磁化成S极，第二磁极铁芯32b被磁化成N极的情况下，磁通按照与上述顺序相反的顺序流动。

考虑上述d轴磁路Md，转子30的磁导Prt(H)可以通过测定励磁绕组33的电感而求出。将励磁绕组33的匝数设为Nr，将测定的电感设为Lr(H)，由Prt＝Lr/Nr²来求出。

此外，定子20的磁导Pst(H)可以通过测定电枢绕组25的电感而求出。将电枢绕组25的匝数设为Ns，将测定的电感设为Ls(H)，由Pst＝Ls/Ns²来求出。

如图16、图17所示，在本方式中，转子30具有永磁体34和磁通短路构件38。因此，形成有图21中粗虚线所示的新的磁路39。上述磁路39在励磁电流If没有流过的情况下(即If＝0)形成，流过轴套部321、盘部322、磁通短路构件38而在转子30内结束。另一方面，当励磁电流If流过时，穿过磁通短路构件38的磁通饱和，因此，没有磁路39形成。即，磁通短路构件38起到以下作用：在励磁电流If没有流过的情况下，成为对磁体磁通Ψn进行抑制的最短短路，在励磁电流If流过的情况下，消除漏磁通。由此，在励磁电流If流过的情况下，能将漏磁通经过消除的磁体磁通Ψn的磁通几乎全部向定子20侧供给，因此，车辆用交流发电机3像永磁体型电动机那样起作用。

在图22中，示出磁导Prt、Pst相对于励磁电流If的变化。由实线表示的磁导Prt和由点划线表示的磁导Pst均是基于将转子30作为单体而对电感进行测定的结果。作为比较例，由双点划线表示的磁导Prt2是不具有永磁体34和磁通短路构件38的现有的转子的磁导。

磁导Prt在无负载时即励磁电流If为0(A)时达到最大值P2，随着励磁电流If变大而降低。当励磁电流If为If1(A)以上时，磁导Prt成为一半值P1以下。一半值P1是最大值P2的一半的值。如上所述，磁导P和电感L存在比例关系，因此，也可以将磁导P替换成电感L。即，当励磁电流If为负载时流过的If1(A)以上时，电感L变为励磁电流If为0(A)时的值的一半值的以下。

与此相对，磁导Pst与励磁电流If的大小无关，在一定宽度范围内变化。因此，无负载时为Prt＞Pst，有负载时为Pst＞Prt。Pst＞Prt成立被严密地限制在励磁电流If比阈值电流Ifth大(即，If＞Ifth)的范围内。负载时，流过励磁绕组33的励磁电流If的额定电流处于一般的电刷的能力(例如，If＝4～20(A)之间)下，处于流过有比阈值电流Ifth大的电流的状态。若提高电刷的技术，则可以流过超过一般的电刷的能力即20(A)的电流值(例如30(A)、50(A)等)的励磁电流If。

如上所述，当励磁电流If为0(A)时，使转子30和定子20的磁导成为Prt＞Pst，从而能使磁体磁通Ψn停留于转子30内。磁通短路构件38设置于周向上不同极性的爪状磁极部323之间，因此，能使磁体磁通Ψn充分短路并能使反电动势严密地降低。

另一方面，在励磁电流If为负载时的电流的情况下，使转子30和定子20的磁导成为Pst＞Prt，从而能使磁体磁通Ψn向定子20侧流动。设置于周向上不同极性的爪状磁极部323之间的磁通短路构件38因流过励磁绕组33的励磁电流If而产生的场通量Ψm而饱和，因此，使磁体磁通Ψn朝定子20流动。这样，能基于流过励磁绕组30的励磁电流If的大小，对转子30与定子20的磁导的大小关系进行控制。

<作用和效果>

根据以上构成的实施方式三的车辆用交流发电机3，转子30构成为Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am、且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。藉此，在向励磁绕组33通电从而使场通量励磁于励磁铁芯32的情况下，使流过卷绕有励磁绕组33的轴套部321的磁通饱和，从而能使永磁体34的磁力Ψm向定子20流出。因此，利用永磁体34的磁力Ψm，能引发与现有的因设置于爪状磁极部之间的磁通短路构件38的磁通泄漏而导致的能力下降相比，同等以上的磁力增加，通过提高励磁特性和最大磁通，从而能实现更高的输出。

此外，在实施方式三中，在将转子30作为单体而对电感进行测定的情况下，负载时的电感变为没有负载时的电感的一半以下。根据上述结构，能在负载时有效地将磁体磁通Ψn向定子20侧引导，在没有负载时使磁体磁通Ψn在转子30内短路。此外，能提高作为使用伦德尔型的理由之一的在没有负载时对反电动势进行抑制的效果，从而能得到高磁通。

此外，在实施方式三中，相当于短路部的磁通短路构件38设置于从永磁体34到励磁绕组33的空间和从永磁体34到定子铁芯21的极齿的径向前端的空间中的至少一方。根据上述结构，能够严密地降低反电动势。设置有不穿过转子30与定子20之间的气隙的、非常低的磁阻的反电动势抑制磁路，能将反电动势从50％降低至70％左右。

此外，在实施方式三中，相当于短路部的磁通短路构件38由相对导磁率比相当于铁芯部的轴套部321的材料的相对导磁率高的材料形成。根据上述结构，没有负载时的具有磁通降低效果的短路磁路的相对导磁率较高，因此，能更有效地降低反电动势。

如图16、图17所示，在实施方式三中，构成为磁通短路构件38设置于从永磁体34到励磁绕组33的空间。如图23、图24所示，并不限定于上述结构，也可以设置于从永磁体34到定子铁芯21的极齿23的径向前端(在图23中是定子20的左侧端面)的空间。也可以将磁通短路构件38设置在从永磁体34到励磁绕组33和从永磁体34到极齿23的径向前端这两方。简而言之，能将一个以上的磁通短路构件38设置于周向上不同极性的爪状磁极部323之间且从图23所示的励磁绕组33到极齿23的径向前端的空间Sp中的、除了永磁体34以外的部位。设置于任意位置都可以得到上述作用效果。

在实施方式三中，利用磁通短路构件38，当励磁电流If为0(A)时，使转子30和定子20的磁导成为Prt＞Pst，在励磁电流If为负载时的电流的情况下，使转子30和定子20的磁导成为Pst＞Prt。这在实施方式一的短路部35a、36a、实施方式二的短路部533中也能实现。即，实施方式三的作用效果在实施方式一、二中也能得到。

[其它实施方式]

本发明并不限定于上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改变。例如，在上述实施方式中，对将本发明的旋转电机应用于车辆用交流发电机的示例进行了说明，但本发明也可以应用于作为装设于车辆的旋转电机的电动机以及选择性地作为发电机和电动机使用的旋转电机。

〔本发明的方式〕

在本发明的第一方式中，

旋转电机包括：定子(20)，上述定子(20)构成为在定子铁芯(21)卷绕有电枢绕组(25)；以及转子(30)，上述转子(30)与上述定子的内周侧在径向上相对配置，

上述转子包括：

励磁铁芯(32)，上述励磁铁芯(32)具有筒状的轴套部(321、321a、321b)和配置于上述轴套部的外周侧且沿周向交替形成有不同极性的磁极的多个爪状磁极部(323、323a、323b)；

励磁绕组(33)，上述励磁绕组(33)卷绕于上述轴套部的外周侧，由通电而产生磁动势；

永磁体(34)，上述永磁体(34)在周向相邻的上述爪状磁极部之间配置成，易磁化轴朝向周向，其极性与通过励磁而在上述爪状磁极部交替出现的极性一致；以及

磁通短路构件(35、36、37、38)，上述磁通短路构件(35、36、37、38)具有短路部(35a、36a)，该短路部(35a、36a)将周向上不同极性的上述爪状磁极部彼此磁连接，

构成为：设上述轴套部的对应一对NS磁极的轴向截面积为Ab，上述轴套部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bsb，上述永磁体的残留磁通密度为Br，上述永磁体的磁通流入流出面的表面积为Am，上述短路部的周向截面积为As，上述短路部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bss时，

Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。

根据上述结构，在向励磁绕组通电从而使场通量励磁于励磁铁芯的情况下，能使流过卷绕有励磁绕组的轴套部的磁通饱和，从而能使永磁体的磁力Ψm向定子流出。因此，利用永磁体的磁力Ψm，能引发与现有的因设置于爪状磁极部之间的短路部的磁通泄漏导致的能力下降相比，同等以上的磁力增加，可以将励磁特性和最大磁通设定得高，从而能实现高输出。

此外，磁通短路构件在包括爪状磁极部的外周侧、内周侧并在周向上不同极性的爪状磁极部之间，配置于除了永磁体以外的空间。在磁通短路构件配置于爪状磁极部的外周侧的情况下，能利用离心力来增加爪状磁极部的径向强度，因此，能抑制爪状磁极部因离心力而朝径向外侧扩张。因此，能使定子与转子之间的气隙处于与现有的、占流通多数的、没有磁体的伦德尔型转子相同的水平。藉此，能抑制气隙的扩大并且能确保足够的强度可靠性。此外，通过减少气隙，从而能减少向励磁绕组通电的励磁电流，因此，与现有的带有磁体的伦德尔型转子相比，能降低励磁绕组的发热量。藉此，能利用现有的空气冷却机构的能力来实现热性能可靠性。

在本发明的第二方式中，在第一方式中，上述转子构成为1≦(Ab·Bsb+As·Bss)/(2·Br·Am)≦1.4的关系成立。根据上述结构，在低电压范围内，除了能严密地降低反电动势以外，还能通过减少永磁体来降低成本。

在本发明的第三方式中，在第一方式或第二方式中，上述短路部的轴向截面积在周向上恒定。根据上述结构，能容易地导出采用短路部的周向截面积来设定的第一方式的关系式。此外，短路部没有应力集中常数，不会引起应力集中，因此，能充分确保磁通短路构件自身对于离心力的强度和足够对抗爪状磁极部的扩大的强度。

在本发明的第四方式中，在第一～第三方式中的任一方式中，上述短路部设置成，至少一部分突出到上述转子与上述定子铁芯的、在径向上相对的相对面的轴向外侧。根据上述结构，短路部使磁通在转子与定子铁芯的相对面以外的位置短路，穿过短路部的磁通难以向定子铁芯漏出，因此，能更容易地使反电动势降低。

在本发明的第五方式中，

旋转电机包括：定子(20)，上述定子(20)构成为在定子铁芯(21)卷绕有电枢绕组(25)；以及转子(30)，上述转子(30)与上述定子的内周侧在径向上相对配置，

上述转子包括：

磁极铁芯(52)，上述磁极铁芯(52)具有筒状的轴套部(521)和从上述轴套部的轴向两端分别在周向上以规定间隔向径向外侧突出的盘部(522、522a、522b)；

铁芯构件(53)，上述铁芯构件(53)具有在周向上交替形成有不同极性的磁极的多个磁极部(531、531a、531b)、位于与穿过上述磁极部的d轴相差90°电角度的位置的q轴铁芯部(532)、将周向上不同极性的上述磁极部彼此磁连接的短路部(533)；

励磁绕组(54)，上述励磁绕组(54)卷绕于上述轴套部的外周侧，由通电而产生磁动势；以及

永磁体(55)，上述永磁体(55)配置于上述磁极部与上述q轴铁芯部之间，且配置成极性与在上述磁极部交替出现的极性一致，

构成为：设上述轴套部的对应一对NS磁极的轴向截面积为Ab，上述轴套部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bsb，上述永磁体的残留磁通密度为Br，上述永磁体的磁通流入流出面的表面积为Am，上述短路部的周向截面积为As，上述短路部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bss时，

Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。

根据上述结构，在向励磁绕组通电从而使场通量励磁于励磁铁芯的情况下，使流过卷绕有励磁绕组的轴套部的磁通饱和，从而能使永磁体的磁力Ψm向定子流出。因此，利用永磁体的磁力Ψm，能引发与现有的因设置于爪状磁极部之间的短路部的磁通泄漏而导致的能力下降相比，同等以上的磁力增加，通过提高励磁特性和最大磁通，从而能实现高输出。上述效果并不限定于设置于外周侧的圆筒状的构件，通过配置于磁极部的内周侧等的磁性钢板等也能实现。此外，在后述的实施方式中，圆筒状的磁通短路构件设置于爪状磁极部的外周侧，从而能利用离心力使爪状磁极部的径向强度增加，因此，能抑制爪状磁极部因离心力而朝径向外侧扩张。因此，能使定子与转子之间的气隙处于与现有的、占流通多数的、没有磁体的伦德尔型转子相同的水平。藉此，能抑制气隙的扩大并且能确保足够的强度可靠性。

此外，通过减少气隙，从而能减少向励磁绕组通电的励磁电流，因此，与现有的带有磁体的伦德尔型转子相比，能非常有效地降低励磁绕组的发热量，能降低90％左右。藉此，能利用现有的空气冷却机构的能力来实现热性能可靠性。此外，由于转子构成为包括：具有轴套部和盘部的磁极铁芯；多个磁极部；以及具有q轴铁芯部和短路部的铁芯构件，因此，能使磁阻转矩、再生输出提高。

在本发明的第六方式中，在第五方式中，上述转子构成为1≦(Ab·Bsb+As·Bss)/(2·Br·Am)≦1.4的关系成立。根据上述结构，在低电压范围内，除了能严密地降低反电动势以外，还能通过减少永磁体来降低成本。

在本发明的第七方式中，在第一～第六方式的任一方式中，在将上述转子作为单体而对电感进行测定的情况下，负载时的电感变为没有负载时的电感的一半以下。根据上述结构，能在负载时有效地将磁体磁通向定子侧引导，能在没有负载时使磁体磁通在转子内短路。此外，能提高使用伦德尔型的理由之一即没有负载时对反电动势进行抑制的效果，从而能得到高磁通。

在本发明的第八方式中，在第一～第七方式的任一方式中，上述定子铁芯具有沿径向延伸的多个极齿(23)，上述短路部设置于从上述永磁体到上述励磁绕组的空间和从上述永磁体到上述极齿的径向前端的空间中的至少一方。换言之，在周向上不同极性的爪状磁极部之间，且在径向上的励磁绕组与极齿之间，在除了永磁体以外的空间，设置有短路部。根据上述结构，能够严密地降低反电动势。此外，设置不穿过转子与定子之间的气隙的、非常低的磁阻的反电动势抑制磁路，能将反电动势从50％降低至70％左右。

在本发明的第九方式中，在第一～第八方式的任一方式中，上述转子具有铁芯部(321、52)，上述短路部(35a、36a、38)的构件由相对导磁率比上述铁芯部的材料的相对导磁率高的材料形成。根据上述结构，具有没有负载时的磁通降低效果的短路磁路的相对导磁率较高，因此，能更有效地降低反电动势。

另外，说明书、权利要求书和摘要中记载的各构件、部位后的括号表示与上述实施方式中记载的具体的构件、部位之间的对应关系，对权利要求书中记载的各权利要求的构成没有任何影响。

Claims (15)

1.一种旋转电机，包括：定子(20)，所述定子(20)构成为在定子铁芯(21)卷绕有电枢绕组(25)；以及转子(30)，所述转子(30)与所述定子的内周侧在径向上相对配置，其特征在于，

所述转子包括：

励磁铁芯(32)，所述励磁铁芯(32)具有筒状的轴套部(321、321a、321b)和配置于所述轴套部的外周侧、在周向上交替形成有不同极性的磁极的多个爪状磁极部(323、323a、323b)；

励磁绕组(33)，所述励磁绕组(33)卷绕于所述轴套部的外周侧，由通电而产生磁动势；

永磁体(34)，所述永磁体(34)在周向上相邻的所述爪状磁极部之间配置成，易磁化轴朝向周向，其极性与通过励磁而在所述爪状磁极部交替出现的极性一致；以及

磁通短路构件(35、36、37、38)，所述磁通短路构件(35、36、37、38)具有短路部(35a、36a)，该短路部(35a、36a)将在周向上不同极性的所述爪状磁极部彼此磁连接，

所述旋转电机构成为：设所述轴套部的对应一对NS磁极的轴向截面积为Ab，所述轴套部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bsb，所述永磁体的残留磁通密度为Br，所述永磁体的磁通流入流出面的表面积为Am，所述短路部的周向截面积为As，所述短路部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bss时，

Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子构成为1≦(Ab·Bsb+As·Bss)/(2·Br·Am)≦1.4的关系成立。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述短路部的轴向截面积在周向上恒定。

4.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述短路部设置成至少一部分露出到所述转子与所述定子铁芯的、在径向上相对的相对面的轴向外侧。

5.一种旋转电机，包括：定子(20)，所述定子(20)构成为在定子铁芯(21)卷绕有电枢绕组(25)；以及转子(30)，所述转子(30)与所述定子的内周侧在径向上相对配置，其特征在于，

所述转子包括：

磁极铁芯(52)，所述磁极铁芯(52)具有筒状的轴套部(521)和从所述轴套部的轴向两端分别在周向上以规定间隔向径向外侧突出的盘部(522、522a、522b)；

铁芯构件(53)，所述铁芯构件(53)具有在周向上交替形成有不同极性的磁极的多个磁极部(531、531a、531b)、位于与穿过所述磁极部的d轴相差90°电角度的位置的q轴铁芯部(532)、将周向上不同极性的所述磁极部彼此磁连接的短路部(533)；

励磁绕组(54)，所述励磁绕组(54)卷绕于所述轴套部的外周侧，由通电而产生磁动势；以及

永磁体(55)，所述永磁体(55)配置于所述磁极部与所述q轴铁芯部之间，并配置成极性与在所述磁极部交替出现的极性一致，

所述旋转电机构成为：设所述轴套部的对应一对NS磁极的轴向截面积为Ab，所述轴套部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bsb，所述永磁体的残留磁通密度为Br，所述永磁体的磁通流入流出面的表面积为Am，所述短路部的周向截面积为As，所述短路部的材料的磁场强度为5000A/m下的磁通密度为Bss时，

Ab·Bsb+As·Bss≧2·Br·Am且0.03≦As/Ab≦0.22的关系成立。

6.如权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子构成为1≦(Ab·Bsb+As·Bss)/(2·Br·Am)≦1.4的关系成立。

7.如权利要求1、2、5、6中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

在将所述转子作为单体而对电感进行测定的情况下，负载时的电感为没有负载时的电感的一半以下。

8.如权利要求1、2、5、6中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述定子铁芯具有沿径向延伸的多个极齿(23)，

所述短路部设置于从所述永磁体到所述励磁绕组的空间和从所述永磁体到所述极齿的径向前端的空间中的至少一方。

9.如权利要求1、2、5、6中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子具有铁芯部(321、52)，

所述短路部(35a、36a、38)的构件由相对导磁率比所述铁芯部的材料的相对导磁率高的材料构成。

10.如权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，

在将所述转子作为单体而对电感进行测定的情况下，负载时的电感为没有负载时的电感的一半以下。

11.如权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，

所述定子铁芯具有沿径向延伸的多个极齿(23)，

所述短路部设置于从所述永磁体到所述励磁绕组的空间和从所述永磁体到所述极齿的径向前端的空间中的至少一方。

12.如权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子具有铁芯部(321、52)，

所述短路部(35a、36a、38)的构件由相对导磁率比所述铁芯部的材料的相对导磁率高的材料构成。

13.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

在将所述转子作为单体而对电感进行测定的情况下，负载时的电感为没有负载时的电感的一半以下。

14.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

所述定子铁芯具有沿径向延伸的多个极齿(23)，

所述短路部设置于从所述永磁体到所述励磁绕组的空间和从所述永磁体到所述极齿的径向前端的空间中的至少一方。

15.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子具有铁芯部(321、52)，

所述短路部(35a、36a、38)的构件由相对导磁率比所述铁芯部的材料的相对导磁率高的材料构成。

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