CN113544942A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

在本发明的旋转电机中，转子芯具有：间隙面；多个磁铁插入孔，其供多个永久磁铁插入；缝隙，其形成于所述多个磁铁插入孔中的供构成一个磁极的永久磁铁插入的磁铁插入孔与所述间隙面之间的芯区域，并将所述芯区域在周向上分离为多个分割芯区域；以及缺口，其通过使所述多个分割芯区域中的位于在向定子线圈通电时作用于转子的周向上的力的方向的相反方向上的最前头的分割芯区域的间隙面凹陷而形成，在与所述转子芯的轴向正交的平面中，定子芯假想间隙面与所述缺口的底点之间的最短距离比所述缺口的同所述间隙面的两个交点与所述定子芯假想间隙面之间的最短距离长，所述定子芯假想间隙面是以所述转子芯的轴心为中心的正圆并与齿的顶端面接触。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及旋转电机，特别涉及具备转子的旋转电机，所述转子具有永久磁铁。

背景技术

产业用旋转电机及电动汽车、混合动力汽车用旋转电机较多采用有利于小型化、高输出化的永久磁铁式旋转电机。在该永久磁铁式旋转电机中的永久磁铁为埋入转子芯之中的构造的情况下，能够得到由来自永久磁铁的磁铁磁通产生的磁铁转矩和由磁阻磁通产生的磁阻转矩这两种转矩，所述磁阻磁通由转子芯的磁阻引起。并且，最终的旋转电机的转矩成为该两种转矩的合成转矩。

但是，在按这种方式构成的永久磁铁式旋转电机中，具有如下特征：上述两种转矩取峰值的电流相位角分别不同。因此，两种转矩的合成转矩取峰值的电流相位角从两种转矩中的每一种转矩取峰值的电流相位角偏离。其结果是，两种转矩的合成转矩的峰值小于两种转矩的峰值的合计。

鉴于这样的状况，提出了在转子芯上设置有用于使从永久磁铁趋向定子的磁通在转子的旋转方向上偏移的缝隙而成的构造(例如专利文献1)。

在该专利文献1中，从永久磁铁趋向定子的磁通由于缝隙而在转子的旋转方向上偏移，磁铁转矩取峰值的电流相位角发生变化。由此，磁铁转矩取峰值的电流相位角与磁阻转矩取峰值的电流相位角之差变小，两者的合成转矩的峰值变大。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-206046号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中，用于使从永久磁铁趋向定子的磁通在转子的旋转方向上偏移的缝隙形成于转子芯的永久磁铁的外径侧的芯区域。但是，由于设置缝隙，所以存在如下课题：在与上述旋转方向相反的旋转方向上转矩下降，并且转矩脉动(torque ripple)增加。

本发明为解决上述课题而做出，其目的在于得到一种旋转电机，该旋转电机能够增大向定子线圈通电时作用于转子的周向上的力的方向上的磁铁转矩与磁阻转矩的合成转矩的峰值，并且降低相反方向上的转矩脉动。

用于解决课题的技术方案

本发明的旋转电机具备：定子，所述定子具有定子芯及定子线圈，所述定子芯的齿从环状的芯背沿径向突出并在周向上排列有多个；以及转子，所述转子具有转子芯及多个永久磁铁，所述转子芯在与所述定子芯之间确保间隙并与所述定子芯同轴地配置，所述多个永久磁铁埋入所述转子芯并在周向上配置。所述转子芯具有：间隙面，所述间隙面面向所述间隙；多个磁铁插入孔，所述多个磁铁插入孔供所述多个永久磁铁插入；缝隙，所述缝隙形成于所述多个磁铁插入孔中的供构成一个磁极的永久磁铁插入的磁铁插入孔与所述间隙面之间的芯区域，并将所述芯区域在周向上分离为多个分割芯区域；以及缺口，所述缺口通过使所述多个分割芯区域中的位于在向所述定子线圈通电时作用于所述转子的周向上的力的方向的相反方向上的最前头的分割芯区域的间隙面凹陷而形成，在与所述转子芯的轴向正交的平面中，定子芯假想间隙面与所述缺口的底点之间的最短距离比所述缺口的同所述间隙面的两个交点与所述定子芯假想间隙面之间的最短距离长，所述定子芯假想间隙面是以所述转子芯的轴心为中心的正圆并与面向所述间隙的所述齿的顶端面接触。

发明的效果

根据本发明，由于采用上述结构，所以能够得到如下旋转电机，该旋转电机能够增大向定子线圈通电时作用于转子的周向上的力的方向上的磁铁转矩与磁阻转矩的合成转矩的峰值，并且降低相反方向上的转矩脉动。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的旋转电机的纵剖视图。

图2是图1的II-II向视剖视图。

图3是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的转子的一个磁极周围的主要部分横剖视图。

图4是示出本发明的实施方式1的旋转电机的无通电状态下的一个周期的电角的磁铁磁通所产生的间隙磁通密度分布的图。

图5是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的电流值恒定的条件下的转矩相对于电流相位角的变化的图。

图6是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的一个磁极周围的主要部分横剖视图。

图7是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的旋转方向上的动力运行转矩的磁场解析结果的图。

图8是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的反旋转方向上的动力运行转矩的磁场解析结果的图。

图9是示出没有设置缺口的旋转电机的旋转方向上的动力运行转矩最小时的通过磁场解析得到的磁通密度等高线(contours)和磁通线(flux lines)的图。

图10是示出没有设置缺口的旋转电机的旋转方向上的动力运行转矩最大时的通过磁场解析得到的磁通密度等高线和磁通线的图。

图11是示出没有设置缺口的旋转电机的反旋转方向上的动力运行转矩最小时的通过磁场解析得到的磁通密度等高线和磁通线的图。

图12是示出没有设置缺口的旋转电机的反旋转方向上的动力运行转矩最大时的通过磁场解析得到的磁通密度等高线和磁通线的图。

图13是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的反旋转方向上的动力运行转矩的磁场解析结果的图。

图14是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的电流值恒定的条件下的转矩相对于电流相位角的变化的图。

图15是本发明的实施方式1的旋转电机中的应力解析的米塞斯应力分布图(Misesstress distribution diagram)。

图16是本发明的实施方式1的旋转电机中的应力解析的米塞斯应力分布图。

图17是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第一变更例的主要部分横剖视图。

图18是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第二变更例的主要部分横剖视图。

图19是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第三变更例的主要部分横剖视图。

图20是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第四变更例的主要部分横剖视图。

图21是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第五变更例的横剖视图。

图22是示出本发明的实施方式2的旋转电机的横剖视图。

图23是示出本发明的实施方式2的旋转电机中的转子的一个磁极周围的主要部分横剖视图。

图24是示出本发明的实施方式3的旋转电机的横剖视图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的旋转电机的纵剖视图，图2是图1的II-II向视剖视图。此外，纵剖视图是示出包含旋转轴的轴心的截面的剖视图。在图2中省略了框架。另外，在本说明书中，为了方便起见，将与旋转轴的轴心平行的方向设为轴向，将以旋转轴的轴心为中心并与旋转轴的轴心正交的方向设为径向，将以旋转轴为中心旋转的方向设为周向。在图中，R是旋转轴的旋转方向。另外，将与旋转方向R相反的方向设为反旋转方向。

在图1及图2中，旋转电机100具备圆筒状的框架13、安装于框架13的轴向上的两端并将框架13的轴向两侧的开口堵塞的一对端板15以及由安装于一对端板15的轴承14支承并能够旋转地设置在框架13内的旋转轴16。旋转电机100还具备固接于旋转轴16并能够旋转地设置在框架13内的转子20和插入并保持在框架13内且同轴地设置在转子20的外径侧的定子10。在转子20与定子10之间形成有间隙G。

定子10具备圆环状的定子芯11和安装于定子芯11的定子线圈12。定子芯11具备圆环状的芯背19和从芯背19的内周面向径向内方突出并在周向上排列有多个的齿18。定子芯11例如是将电磁钢板的薄板在轴向上层叠并一体化而构成。齿18在周向上以等角间距排列有18根，相邻的齿18之间的区域成为槽17。18根齿18的面向间隙G的顶端面形成为与圆筒面接触的圆弧面，所述圆筒面以定子10的轴心为中心轴。定子线圈12由将导线卷绕在齿18中的每一个上而形成的集中绕组式线圈构成。在槽17中的每一个中收纳有相邻的集中绕组式线圈。

转子20具备：旋转轴16、在轴心位置形成有轴插入孔的圆筒状的转子芯21以及埋入到转子芯21的外径侧的24个永久磁铁22。转子芯21与插入到轴插入孔中的旋转轴16固接。将旋转轴16的轴向两端支承于轴承14而使转子20能够旋转地设置在框架13内。转子芯21例如是将电磁钢板的薄板在轴向上层叠并一体化而构成。

在此，参照图3说明转子20的磁极周围的构造。图3是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的转子的一个磁极周围的主要部分横剖视图。此外，横剖视图是示出与旋转轴的轴心正交的截面的剖视图。

在转子芯21的外径侧，在轴向上贯通转子芯21的成对的磁铁插入孔23以等角间距在周向上形成有12对。成对的磁铁插入孔23配置成周向上的间隔趋向外径侧而逐渐变宽的V字形。磁铁插入孔23形成为截面长方形的孔形状。此外，成对的磁铁插入孔23的内径侧的端部彼此在周向上分离。

永久磁铁22构成为与磁铁插入孔23同等的截面长方形的棱柱体。永久磁铁22以与由截面长方形的长边构成的面正交的方式被磁化。由此，永久磁铁22的由截面长方形的长边构成的第一面成为N极，与第一面相反的一侧的第二面成为S极。永久磁铁22以在各对磁铁插入孔23中相同的极性朝向外径侧且在相邻的各对的磁铁插入孔23中不同的极性朝向外径侧的方式插入并被保持。即，呈V字形配置的成对的永久磁铁22构成一个磁极。并且，构成一个磁极的成对的永久磁铁22埋入到转子芯21的外径侧，在周向上以等角间距排列有12对。由此，在转子20中形成12个磁极。

使磁铁插入孔23的由截面长方形的短边构成的外径侧的面向磁铁插入孔23的截面长方形的长边的长度方向伸出而形成磁通壁垒24。同样地，使磁铁插入孔23的由截面长方形的短边构成的内径侧的面向磁铁插入孔23的截面长方形的长边的长度方向伸出而形成磁通壁垒24。磁通壁垒24各自形成为在轴向上贯通转子芯21。此外，磁通壁垒24是磁铁插入孔23的一部分。

缝隙29形成于位于构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的间隙G侧、即外径侧的转子芯21的芯区域。缝隙29相对于旋转方向R向前方倾斜。缝隙29以到达转子芯21的间隙面26附近的方式呈直线状延伸。此外，缝隙29可以形成为在轴向上贯通转子芯21，也可以形成为在轴向上不贯通转子芯21。

缝隙29由空气充满。空气的透磁率比转子芯21低。因此，在呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域之中，缝隙29成为低透磁率区域。此外，也可以在缝隙29内填充透磁率比转子芯21低的树脂、散热材料等。由此，提高转子芯21的强度。另外，提高转子芯21及永久磁铁22的冷却效果。

在呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域之中，缺口25形成于相对于缝隙29靠旋转方向R的后方的芯区域。缺口25形成为使作为转子芯21的外周面的间隙面26凹陷，并从轴向上的一端到达另一端。这样，缺口25由空气充满。空气的透磁率比转子芯21低。因此，在呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域之中，缺口25成为低透磁率区域。

在按这种方式构成的旋转电机100中，定子10的槽17的数量为18，转子20的极数为12。即，旋转电机100是极-槽数为2比3系列的内转子型旋转电机。设想在动力运行运转中使用旋转电机100。动力运行运转是指将通电到定子线圈12中的电能转换为转子20旋转的动能的运转。此时，旋转电机100作为电动机工作。通过向定子线圈12通电而作用于转子20的周向上的力的方向与转子20的旋转方向R相同。此外，由于动力运行运转不是本发明的要旨，所以省略其详细的说明。

缝隙29向旋转方向R的前方即旋转方向R的提前侧倾斜。由此，构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域由缝隙29在周向上分离为旋转方向R的提前侧的分割芯区域30A和旋转方向R的滞后侧的分割芯区域30B。缺口25形成于构成一个磁极的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域中的、位于与旋转方向R相反的方向上的最前头的分割芯区域30B的间隙面26。此外，构成一个磁极的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域是供构成一个磁极的永久磁铁22插入的磁铁插入孔23与间隙面26之间的芯区域。

接着，说明成为转矩的产生源的磁通的状态。

从位于旋转方向R的提前侧的永久磁铁22的磁通产生面产生的磁铁磁通31从转子芯21向间隙G流动。此时，磁铁磁通31流动的方向由作为低透磁率区域的缝隙29限制，磁铁磁通31偏向旋转方向R的提前侧。由此，如图3中用箭头示出的那样，磁铁磁通31偏重存在于分割芯区域30A。其结果是，能够使磁铁转矩成为正的峰值的电流相位角比没有设置缝隙29的情况下的电流相位角大。

从定子芯11经由间隙G向转子芯21流动的磁阻磁通32的路径由作为低透磁率区域的缝隙29限制。由此，如图3中用箭头示出的那样，磁阻磁通32不在分割芯区域30A中流动，仅在分割芯区域30B中流动。其结果是，能够使磁阻转矩成为正的峰值的电流相位角比没有设置缝隙29的情况下的电流相位角小。

由此，磁铁转矩和磁阻转矩中的每一个成为正的峰值的电流相位角的间隔变窄。因此，能够使动力运行运转时的磁铁转矩与磁阻转矩的合成转矩即综合转矩提高。

接着，在图4中示出利用有限元法解析无通电状态下的一个周期的电角的磁铁磁通31所产生的间隙磁通密度分布而得到的结果。此外，一个周期的电角是指两个磁极的量。图4是示出本发明的实施方式1的旋转电机的无通电状态下的一个周期的电角的磁铁磁通所产生的间隙磁通密度分布的图。在图4中，横轴示出周向位置，纵轴示出间隙磁通密度。另外，虚线示出不设置缝隙29的情况下的间隙磁通密度，实线示出设置有缝隙29的情况下的间隙磁通密度。

从图4可知：在设置有缝隙29的情况下，与不设置缝隙29的情况相比，动力运行运转时的一个磁极内的间隙磁通密度偏向转子20的旋转方向R的提前侧。

接着，在图5中示出利用有限元法解析电流值恒定的条件下的转矩相对于电流相位角β的变化而得到的结果。图5是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的电流值恒定的条件下的转矩相对于电流相位角的变化的图。此外，图5中，横轴示出电流相位角β，纵轴示出转矩。另外，虚线示出不设置缝隙29的情况下的转矩，实线示出设置有缝隙29的情况下的转矩。转矩是磁铁转矩与磁阻转矩的合成转矩。

从图5可知：设置有缝隙29的情况下的合成转矩取正的峰值的电流相位角β小于不设置缝隙29的情况下的合成转矩取正的峰值的电流相位角β。另外，从图5可知：设置有缝隙29的情况下的合成转矩的正的峰值大于不设置缝隙29的情况下的合成转矩的正的峰值。

在不设置缝隙29的情况下，磁铁转矩在电流相位角β为0°时取正的峰值，磁阻转矩在电流相位角β为45°时取正的峰值。根据图5的结果推测：由于设置有缝隙29，所以磁铁转矩和磁阻转矩中的每一个取正的峰值的电流相位角β接近，合成转矩提高。

这样，在实施方式1中，以在构成一个磁极的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域中向旋转方向R的提前侧倾斜的方式设置作为低透磁率区域的缝隙29。由此，磁铁转矩和磁阻转矩中的每一个取正的峰值的电流相位角β相互接近。其结果是，在动力运行运转时，磁铁转矩与磁阻转矩的合成转矩提高。

在此，说明缺口25的具体形状。图6是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的一个磁极周围的主要部分横剖视图。

构成一个磁极的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域由缝隙29分离为旋转方向R的提前侧的分割芯区域30A和旋转方向R的滞后侧的分割芯区域30B这两个区域。通过向定子线圈12通电而作用于转子20的周向上的力在分割芯区域30A中产生。缺口25设置在分割芯区域30B的间隙面26的一部分，该分割芯区域30B位于通过向定子线圈12通电而作用于转子20的周向上的力的方向的相反方向上的最前头。在与转子芯21的轴心正交的平面中，将缺口25的与间隙面26的两个交点设为M、N。交点M是接近缝隙29的一侧的交点。交点N是远离缝隙29的一侧的交点。另外，将以转子芯21的旋转中心O为中心并以定子芯11的最接近转子芯21的点与旋转中心O之间的距离为半径的正圆设为定子芯假想间隙面200。在与转子芯21的轴心正交的平面中，定子芯假想间隙面200是以转子芯21的旋转中心O为中心并与定子芯11的齿18的顶端面接触的正圆。将最远离定子芯假想间隙面200的缺口25的底点设为X。此时，底点X与定子芯假想间隙面200之间的最短距离比交点M与定子芯假想间隙面200之间的最短距离及交点N与定子芯假想间隙面200之间的最短距离长。

在此，将供构成一个磁极的永久磁铁22插入的磁铁插入孔23中的、位于通过向定子线圈12通电而作用于转子20的周向上的力的方向的相反方向上的最前头的磁铁插入孔23的最接近间隙面26的点设为A。将不改变形状地使缺口25在周向上假想地移动到与缝隙29接触而得到的缺口25设为假想缺口25a。将假想缺口25a的与间隙面26的交点中的最接近点A的交点设为B。将直线OA与直线ON之间的角度设为θ，所述直线OA连结点A与旋转中心O，所述直线ON连结点N与旋转中心O。将直线OA与直线OB之间的角度设为Φ，所述直线OB连结点B与旋转中心O。在旋转电机100中，以满足0<θ/Φ<0.47的方式在分割芯区域30B的间隙面26上形成缺口25。

接着，说明通过设置缺口25而带来的效果。图7是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的旋转方向上的动力运行转矩的磁场解析结果的图，图8是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的反旋转方向上的动力运行转矩的磁场解析结果的图。图9至图12分别是示出没有设置缺口的旋转电机中的通过磁场解析得到的磁通密度等高线和磁通线的图。图9示出旋转方向上的动力运行转矩为最小的状态，图10示出旋转方向上的动力运行转矩为最大的状态，图11示出反旋转方向上的动力运行转矩为最小的状态，图12示出反旋转方向上的动力运行转矩为最大的状态。图13是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的反旋转方向上的动力运行转矩的磁场解析结果的图。在图13中，横轴为θ/Φ，纵轴为反旋转方向上的动力运行转矩脉动。

从图7可知：旋转方向R上的动力运行转矩由缺口25的有无导致的差异较小。从图8可知：在反旋转方向上的动力运行转矩中，通过设置缺口25，从而作为转矩脉动的转矩的每一个周期的电角中成为6个峰的6f分量的振幅降低。

从图9至图12可知：旋转方向及反旋转方向上的动力运行转矩成为最小的转子20的旋转角度及动力运行转矩成为最大的转子20的旋转角度相互不同。并且，可知：在各转子20的旋转角度中，呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域中的转矩产生部不同。

由此，通过在反旋转方向上的动力运行转矩成为最大的转子20的旋转角度的转矩产生部设置缺口25，并增大转矩产生部的磁阻，从而能够使产生的转矩下降。其结果是，能够在动力运行运转时使反旋转方向上的动力运行转矩脉动下降。也就是说，能够减小在动力运行运转时向定子线圈12通电时作用于转子芯21的周向上的力的方向的相反方向上的动力运行转矩脉动。

从图13可知：在θ/Φ大于0且小于0.47的情况下，反旋转方向上的动力运行转矩脉动比没有设置缺口25的情况小。也就是说，通过以满足0<θ/Φ<0.47的方式在分割芯区域30B的间隙面26上设置缺口25，从而能够减小反旋转方向上的动力运行转矩脉动。

接着，在图14中示出从转子20拆下永久磁铁22，利用集中绕组式线圈或分布绕组式线圈构成定子线圈12，并利用有限元法解析电流值恒定的条件下的转矩相对于电流相位角β的变化而得到的结果。图14是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的电流值恒定的条件下的转矩相对于电流相位角的变化的图。此外，图14中，横轴示出电流相位角β，纵轴示出转矩。另外，虚线示出没有缝隙29的情况下的转矩，实线示出有缝隙29的情况下的转矩。转矩是磁阻转矩。

如图14所示，在使用集中绕组式构造的定子线圈的情况下，在有缝隙29的情况下，与没有缝隙29的情况相比，磁阻转矩的正的峰值变大。另一方面，在使用分布绕组式构造的定子线圈的情况下，在有缝隙29的情况下，与没有缝隙29的情况相比，磁阻转矩的正的峰值变小。这样，确认了如下情况：即使是磁阻转矩不能充分地发挥的以往的集中绕组式构造，通过具有缝隙29，从而磁阻磁通的路径变化，也能够提高磁阻转矩。

另外，如图14所示，不管定子线圈的绕组构造如何，通过具有缝隙29，从而取磁阻转矩的正的峰值的电流相位角β均变小。因此，不管定子线圈的绕组构造如何，通过设置缝隙29，从而磁铁转矩和磁阻转矩中的每一个取正的峰值的电流相位角β均相互接近。其结果是，在动力运行运转时，磁铁转矩与磁阻转矩的合成转矩提高。

在此，说明缺口25与磁铁插入孔23的位置关系。图15及图16分别是本发明的实施方式1的旋转电机中的应力解析的米塞斯应力分布图。图15示出缺口25与磁铁插入孔23的最小距离包含点N的情况，图16示出缺口25与磁铁插入孔23的最小距离不包含点N的情况。

根据图15，在缺口25与磁铁插入孔23的最小距离包含点N的情况下，在缺口25的周边部产生的应力为96.0MPa。根据图16，在缺口25与磁铁插入孔23的最小距离不包含点N的情况下，在缺口25的周边部产生的应力为118.3MPa。这样，可知：缺口25与磁铁插入孔23的最小距离包含点N的情况下的应力小于缺口25与磁铁插入孔23的最小距离不包含点N的情况下的应力。通过设置缺口25，从而应力集中于缺口25的周边部。因此，当缺口25与磁铁插入孔23之间的距离变短时，在缺口25的周边部产生的应力变大。在缺口25与磁铁插入孔23的最小距离包含点N的情况下，与缺口25与磁铁插入孔23的最小距离不包含点N的情况相比，缺口25与磁铁插入孔23之间的距离变长，应力变小。因此，优选以缺口25与磁铁插入孔23的最小距离包含点N的方式设置缺口25。在该情况下，缺口25相对于供构成一个磁极的永久磁铁22插入的磁铁插入孔23的最短位置成为缺口25与间隙面26的交点N。

接着，说明旋转电机的变更例。图17是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第一变更例的主要部分横剖视图，图18是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第二变更例的主要部分横剖视图，图19是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第三变更例的主要部分横剖视图，图20是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第四变更例的主要部分横剖视图，图21是示出本发明的实施方式1的旋转电机中的第五变更例的横剖视图。

在第一变更例的旋转电机101中，如图17所示，具备定子10和转子20A。在定子10中，齿18的顶端面形成为在其周向的中心位置与径向正交的平坦面。由此，间隙G的径向距离形成为在齿18的周向的中心位置成为最小，并在周向位置变化。在转子20A中，每一个磁极的一个磁铁插入孔23以使截面长方形的长边方向与径向正交的方式形成于转子芯21A。利用插入到磁铁插入孔23中的一个永久磁铁22构成一个磁极。另外，磁通壁垒24形成为从磁铁插入孔23的截面长方形的长边的长度方向的两端延伸到间隙面26的附近。由此，划定构成一个磁极的永久磁铁22的外径侧的芯区域。此外，其他结构与上述实施方式1同样地构成。在该第一变更例的旋转电机101中，也能够得到与上述实施方式1的旋转电机100同样的效果。

在第二变更例的旋转电机102中，如图18所示，具备定子10和转子20B。在定子10中，凹部50形成在齿18的顶端面的周向的中心位置。由此，间隙G的径向距离形成为在齿18的周向位置变化。在转子20B中，每一个磁极的两对磁铁插入孔23在分别呈V字形排列的状态下在径向上排列两层而形成于转子芯21B。利用插入到四个磁铁插入孔23中的四个永久磁铁22构成一个磁极。缝隙29形成于呈V字形配置在径向外侧的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域。此外，其他结构与上述实施方式1同样地构成。在该第二变更例的旋转电机102中，也能够得到与上述实施方式1的旋转电机100同样的效果。

在第三变更例的旋转电机103中，如图19所示，具备定子10和转子20C。在转子20C的转子芯21C中，使12个同一曲率半径的圆弧面在周向上连结而构成间隙面26A。各圆弧面构成了构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域的外径面。由此，间隙G的径向距离形成为在齿18的周向位置变化。缝隙29以向间隙G开口的方式形成于构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域。此外，其他结构与上述实施方式1同样地构成。在该第三变更例的旋转电机103中，也能够得到与上述实施方式1的旋转电机100同样的效果。

在第四变更例的旋转电机104中，如图20所示，具备定子10和转子20D。在转子20D的转子芯21D中，两个缝隙29向旋转方向R的前方倾斜且在周向上分离地形成于构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域。由此，构成一个磁极的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域在周向上分离为三个分割芯区域。即，构成一个磁极的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域分离为位于旋转方向R的前方的两个分割芯区域30A和位于旋转方向R的后方的一个分割芯区域30B。缺口25形成于位于与旋转方向R相反的方向上的最前头的分割芯区域30B的间隙面26。此外，其他结构与上述实施方式1同样地构成。在该第四变更例的旋转电机104中，也能够得到与上述实施方式1的旋转电机100同样的效果。

在第五变更例的旋转电机110中，如图21所示，具备定子10A和转子20。在定子10A中，定子线圈12A由分布绕组式的线圈构成。此外，其他结构与上述实施方式1同样地构成。在该第五变更例的旋转电机110中，也能够得到与上述实施方式1的旋转电机100同样的效果。

这样，如在第一变更例至第五变更例中说明的那样，如果缺口25位于构成一个磁极的永久磁铁22的外径侧的芯区域中的、通过向定子线圈12通电而作用于转子20的周向上的力的方向的相反侧的分割芯区域30B，则即使适当变更缝隙29的形状、条数及配置、永久磁铁22的个数、定子线圈12的绕线方式，也能够得到与实施方式1同样的效果。

另外，缝隙29及缺口25的透磁率比转子芯21低即可。因此，也可以使用通过残余应力使磁特性劣化了的透磁率下降区域代替缝隙29、缺口25。

实施方式2.

图22是示出本发明的实施方式2的旋转电机的横剖视图，图23是示出本发明的实施方式2的旋转电机中的转子的一个磁极周围的主要部分横剖视图。

设想了上述实施方式1中的旋转电机100用于动力运行运转，但设想实施方式2中的旋转电机120用于再生运转。再生运转是将提供给转子20E的动能转换为电能并从定子线圈12的端子取出电能的运转。此时，旋转电机120作为发电机工作。此外，由于再生运转不是本发明的要旨，所以省略其详细的说明。

在图22及图23中，旋转电机120具备定子10和转子20E，所述转子20E在与定子10之间确保间隙G并同轴地配置在定子10的内径侧。转子20E具备转子芯21E。此外，虽然没有图示，定子10及转子20E收纳于由框架13及一对端板15构成的壳体内。

转子芯21E除了缝隙29及缺口25的配置不同这一点，与转子芯21同样地构成。具体而言，缝隙29在构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域中以到达转子芯21E的间隙面26附近的方式呈直线带状延伸。缝隙29相对于旋转方向R向后方即滞后侧倾斜。

构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域由缝隙29分离为旋转方向R的提前侧的分割芯区域30A和旋转方向R的滞后侧的分割芯区域30B。

在再生运转时，通过向定子线圈12通电而作用于转子20E的周向上的力在分割芯区域30B中产生。缺口25设置在分割芯区域30A、30B中的、在向定子线圈12通电时作用于转子20E的周向上的力的方向的相反侧的分割芯区域30A的间隙面26的一部分。并且，以满足0<θ/Φ<0.47的方式在分割芯区域30A的间隙面26上形成缺口25。

转子20E从外部接收动能并旋转。在再生运转时，通过向定子线圈12通电而作用于转子20E的周向上的力的方向与转子20E的旋转方向R相反。即，在再生运转时，旋转电机120本身发挥的转矩以抵消来自外部的转矩的方式起作用。

接着，说明成为转矩的产生源的磁通的状态。在再生运转时，从位于旋转方向R的滞后侧的永久磁铁22产生的磁铁磁通31想要从转子芯21E向间隙G流动。此时，磁铁磁通31流动的方向由作为低透磁率区域的缝隙29限制，磁铁磁通31偏向旋转方向R的滞后侧。由此，如图23中用箭头示出的那样，磁铁磁通31偏重存在于旋转方向R的滞后侧的分割芯区域30B。其结果是，能够使磁铁转矩成为负的峰值的电流相位角β比没有缝隙29的情况下的电流相位角β小。因此，能够使磁阻转矩成为负的峰值的电流相位角β比没有缝隙29的情况下的电流相位角β大。

而且，想要从定子芯11经由间隙G向转子芯21E流动的磁阻磁通32的路径由作为低透磁率区域的缝隙29限制。由此，如图23中用箭头示出的那样，磁阻磁通32避开旋转方向R的滞后侧的分割芯区域30B，通过旋转方向R的提前侧的分割芯区域30A。由此，能够使磁阻转矩成为负的峰值的电流相位角β比没有缝隙29的情况下的电流相位角β大。

在实施方式2中，通过设置缝隙29，从而能够使磁铁转矩成为负的峰值的电流相位角与磁阻转矩成为负的峰值的电流相位角接近。因此，能够使再生运转时的旋转电机120的磁铁转矩与磁阻转矩的合成转矩提高。

另外，在通过向定子线圈12通电而作用于转子20E的周向上的力的方向的相反侧的分割芯区域30A的间隙面26的一部分形成有缺口25。并且，以满足0<θ/Φ<0.47的方式在分割芯区域30A的间隙面26上形成缺口25。因此，能够在再生运转时减小旋转方向R的转矩脉动。即，能够减小在再生运转时通过向定子线圈12通电而作用于转子20E的周向上的力的方向的相反方向的转矩脉动。

此外，在实施方式2中，也与上述实施方式1同样地，如果缺口25位于构成一个磁极的永久磁铁22的外径侧的芯区域由缝隙29分离而成的芯区域中的、在向定子线圈12通电时作用于转子20E的周向上的力的方向的相反侧的芯区域，则能够适当变更缝隙29的形状、条数及配置、永久磁铁22的个数。

实施方式3.

图24是示出本发明的实施方式3的旋转电机的横剖视图。

在图24中，旋转电机130具备定子10B和转子20F，所述转子20F在与定子10B之间确保间隙G并同轴地配置在定子10B的外径侧。

定子10B具备圆环状的定子芯11A和安装于定子芯11A的定子线圈12。定子芯11A具备圆环状的芯背19A和从芯背19A的外周面向径向外方突出的多个齿18A。齿18A在周向上以等角间距排列有18根，相邻的齿18A之间的区域成为槽17A。定子线圈12由将导线卷绕在齿18A中的每一个上而形成的集中绕组式线圈构成。

转子20F具备转子芯21F和埋入转子芯21F的内径侧的24个永久磁铁22。在转子芯21F的内径侧，在轴向上贯通转子芯21F的磁铁插入孔23以等角间距形成有12对。成对的磁铁插入孔23配置成周向上的间隔趋向内径侧而逐渐变宽的V字形。磁铁插入孔23形成为截面长方形的孔形状。此外，成对的磁铁插入孔23的外径侧的端部彼此在周向上分离。

永久磁铁22构成为与磁铁插入孔23同等的截面长方形的棱柱体。永久磁铁22以与由截面长方形的长边构成的面正交的方式被磁化。由此，永久磁铁22的由截面长方形的长边构成的第一面成为N极，与第一面相反的一侧的第二面成为S极。永久磁铁22以在各对磁铁插入孔23中相同的极性朝向内径侧且在相邻的各对的磁铁插入孔23中不同的极性朝向内径侧的方式插入并被保持。即，周向间隔趋向间隙G侧逐渐变宽的呈V字形配置的成对的永久磁铁22构成一个磁极。并且，构成一个磁极的成对的永久磁铁22埋入到转子芯21的外径侧，在周向上以等角间距排列有12对。由此，在转子20F中形成12个磁极。

使磁铁插入孔23的由截面长方形的短边构成的内径侧的面向磁铁插入孔23的截面长方形的长边的长度方向伸出而形成磁通壁垒24。使磁铁插入孔23的由截面长方形的短边构成的外径侧的面向磁铁插入孔23的截面长方形的长边的长度方向伸出而形成磁通壁垒24。磁通壁垒24分别形成为在轴向上贯通转子芯21F。

缝隙29形成于位于构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的内径侧、即间隙G侧的转子芯21F的芯区域。缝隙29以到达作为转子芯21F的内周面的间隙面26的附近的方式呈直线带状延伸。缝隙29相对于旋转方向R向前方倾斜。

构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的芯区域由缝隙29分离为旋转方向R的提前侧的分割芯区域30A和旋转方向R的滞后侧的分割芯区域30B这两个区域。在动力运行运转时，通过向定子线圈12通电而作用于转子20F的周向上的力在分割芯区域30A中产生。在动力运行运转时，通过向定子线圈12通电而作用于转子20F的周向上的力的方向与转子20F的旋转方向R一致。

在构成一个磁极的呈V字形配置的成对的永久磁铁22的外径侧的分割芯区域30A、30B之中，缺口25形成于相对于缝隙29靠旋转方向R的后方的分割芯区域30B。并且，以满足0<θ/Φ<0.47的方式在分割芯区域30B的间隙面26上形成缺口25。

在按这种方式构成的旋转电机130中，定子10B的槽17A的数量为18，转子20F的极数为12。即，旋转电机130是极-槽数为2比3系列的外转子型旋转电机。设想在动力运行运转中使用旋转电机130。

在实施方式3中，缝隙29以向旋转方向R的提前侧倾斜的方式设置于呈V字形配置的成对的永久磁铁22的内径侧的芯区域。因此，能够使动力运行运转时的旋转电机130的磁铁转矩与磁阻转矩的合成转矩提高。

另外，在通过向定子线圈12通电而作用于转子20F的周向上的力的方向的相反侧的分割芯区域30B的间隙面26的一部分形成有缺口25。并且，以满足0<θ/Φ<0.47的方式在分割芯区域30B的间隙面26上形成缺口25。因此，能够减小在动力运行运转时通过向定子线圈12通电而作用于转子20F的周向上的力的方向的相反方向的动力运行转矩脉动。

此外，在实施方式3中，应用于缝隙向旋转方向上的提前侧倾斜的在动力运行运转中使用的旋转电机，但也可以应用于缝隙向旋转方向上的滞后侧倾斜的在再生运转中使用的旋转电机。

此外，在上述各实施方式中，定子芯及转子芯由层叠电磁钢板而成的层叠铁心构成，但定子芯及转子芯也可以由用磁性体的块状体制作的块状铁心构成。

另外，在上述各实施方式中，说明了12极18槽即2比3系列的旋转电机，但旋转电机的极·槽数不限定于2比3系列，也可以是8比9系列、10比12系列等。8比9系列及10比12系列与2比3系列相比具有使绕组系数增加的效果，能够实现转矩的提高及转矩脉动的抑制。

附图标记的说明

10、10A、10B定子，11、11A定子芯，12、12A定子线圈，18、18A齿，19、19A芯背，20、20A、20B、20C、20D、20E、20F转子，21、21A、21B、21C、21D、21E、21F转子芯，22永久磁铁，23磁铁插入孔，24磁通壁垒，25缺口，25a假想缺口，26、26A间隙面，29缝隙，30A、30B分割芯区域，200定子芯假想间隙面，G间隙。

Claims (10)

1.一种旋转电机，其中，所述旋转电机具备：

定子，所述定子具有定子芯及定子线圈，所述定子芯的齿从环状的芯背沿径向突出并在周向上排列有多个；以及

转子，所述转子具有转子芯及多个永久磁铁，所述转子芯在与所述定子芯之间确保间隙并与所述定子芯同轴地配置，所述多个永久磁铁埋入所述转子芯并在周向上配置，

所述转子芯具有：间隙面，所述间隙面面向所述间隙；多个磁铁插入孔，所述多个磁铁插入孔供所述多个永久磁铁插入；缝隙，所述缝隙形成于所述多个磁铁插入孔中的供构成一个磁极的永久磁铁插入的磁铁插入孔与所述间隙面之间的芯区域，并将所述芯区域在周向上分离为多个分割芯区域；以及缺口，所述缺口通过使所述多个分割芯区域中的位于在向所述定子线圈通电时作用于所述转子的周向上的力的方向的相反方向上的最前头的分割芯区域的间隙面凹陷而形成，

在与所述转子芯的轴向正交的平面中，定子芯假想间隙面与所述缺口的底点之间的最短距离比所述缺口的同所述间隙面的两个交点与所述定子芯假想间隙面之间的最短距离长，所述定子芯假想间隙面是以所述转子芯的轴心为中心的正圆并与面向所述间隙的所述齿的顶端面接触。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述缺口相对于供构成所述一个磁极的永久磁铁插入的所述磁铁插入孔的最短位置是所述缺口的同所述间隙面的交点。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

在将供构成所述一个磁极的永久磁铁插入的所述磁铁插入孔中的、位于在向所述定子线圈通电时作用于所述转子的周向上的力的方向的相反方向上的最前头的磁铁插入孔的最接近所述间隙面的点设为点A，

将所述缺口的同所述间隙面的两个交点中的接近所述点A的交点设为点N，

将使所述缺口在周向上假想地移动到与所述缝隙接触而得到的假想缺口的同所述间隙面的两个交点中的接近所述点A的交点设为点B，

将所述转子芯的旋转中心设为点O，

将直线OA与直线ON所成的角度设为θ，所述直线OA连结所述点A与点O，所述直线ON连结点N与点O，

将直线OA与直线OB所成的角度设为Φ，所述直线OA连结所述点A与点O，所述直线OB连结点B与点O时，

θ/Φ满足0<θ/Φ<0.47。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其中，

所述缺口由空气充满。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转电机，其中，

所述缝隙由空气充满。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中，

所述缝隙向在向所述定子线圈通电时作用于所述转子的周向上的力的方向倾斜。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转电机，其中，

所述一个磁极由两个永久磁铁构成。

8.根据权利要求7所述的旋转电机，其中，

所述两个永久磁铁配置成周向间隔趋向所述间隙面而逐渐变宽的V字形。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的旋转电机，其中，

所述定子线圈由集中绕组式线圈构成。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转电机，其中，

所述转子的极数与所述定子的槽数之比为2∶3。

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