CN1327595C

CN1327595C - 具有永磁体的磁阻型旋转电机

Info

Publication number: CN1327595C
Application number: CNB991205693A
Authority: CN
Inventors: 堺和人; 新政宪; 高畠干生; 桥立良夫; 黑泽良一; 中泽洋介; 德增正
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: EP1858138A2; EP1837981A2; EP0991166A3; EP1837981A3; US6342745B1; EP2276153A2; EP2273658A3; US6552462B2; CN1249556A; EP2273658A2; KR20000023509A; KR100387554B1; US20020047436A1; EP2276153A3; EP0991166A2; US6274960B1; EP1837980A2; EP1837980A3; EP1858138A3

Abstract

一种磁阻型旋转电机，包括：具有布置在其内圆周上的电枢绕组的定子，及具有沿周向方向的磁性不均衡，并被布置成抵消从相邻磁极之间通过的电枢绕组磁通的多个永磁体的转子。每个永磁体沿着一个方向被磁化，该方向不同于使转子的磁化容易的方向；在转子的磁极与间极之间形成磁性部分。由于磁性部分的提供，当电枢绕组不被激励时，30%以上的永磁体磁通量分布在转子中。

Description

具有永磁体的磁阻型旋转电机

技术领域

本发明涉及一种装有永磁体的磁阻型旋转电机，该电机紧致小巧，具有大的功率输出，并且由于采用了新的磁极结构，能够以各种速度旋转。

背景技术

如图1所示，较早的磁阻型旋转电机包括定子1及凸极转子3，定子1具有电枢绕组2，由于该旋转电机不需要用于形成围绕转子3的磁场系统的线圈，转子3具有不均匀的铁芯4。于是该磁阻型旋转电机结构简单，价格低廉。

现在我们来说明产生磁阻型旋转电机的输出功率的原理。由于转子的不均匀性，磁阻型旋转电机在转子的凸起部表现出小的磁阻，在转子的凹陷部表现出大的磁阻。即，在凸起部上方的空隙与凹陷部上方的另一空隙之间存在存储磁能差。磁阻型旋转电机的功率输出来自磁能的变化。注意，可借助不仅允许形成几何不均匀性，而且允许形成磁不均匀性的结构，即磁阻和磁通分布根据转子的位置而变化的结构来提供凸起部及凹陷部。

永磁体型旋转电机是另一种高性能旋转电机。在该旋转电机中，在转子铁芯的整个圆周上布置有多个永磁体，不过电机的电枢绕组类似于感应电机的电枢绕组，磁阻型旋转电机的电枢绕组等。

由于铁芯表面的不均匀性，磁阻型旋转电机具有不同的磁阻，取决于转子的旋转位置。磁阻的变化导致磁能被改变，从而产生转子的功率输出。

不过在常规的磁阻型旋转电机中，电流的增大导致局部磁饱和在转子4的凸起部上被扩大。这样，扩大的磁饱和也将使漏到磁极之间的凹槽中的磁通量增大，以致有效磁通量降低，同时降低了功率输出。

另一方面，使用具有高磁能积的“稀土金属”永磁体的磁阻型旋转电机是另一种大功率旋转电机。由于转子铁芯表面上永磁体的布置，当采用高能永磁体形成磁场时，永磁体型旋转电机能够在电机的空气隙中形成强磁场，形成紧致小巧，大功率的旋转电机。

然而，应注意由于每个磁体的磁通量恒定，因此电枢绕组中感应产生的电压正比于转子的转速，逐渐变大。于是，如果要求电机以各种可变速度运转，直至高速旋转，那么在恒定电流及电压下，难以以2倍或更多倍于基本速度的旋转速度实现电机的“额定输出”运转。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁阻型旋转电机，该电机紧致小巧，功率输出高，并且能够在宽广范围的可变速度下运转。

为了实现上面描述的本发明的目的，根据本发明的第1方面，提供了一种磁阻型旋转电机，包括：

具有电枢绕组的定子；

具有转子铁芯的转子，沿转子周向方向形成磁性不均衡；

布置在转子铁芯中，用于抵消从在转子中确定的相邻磁极之间通过的电枢绕组磁通量的多个永磁体，每个永磁体沿着一个方向被磁化，该方向不同于使转子磁化容易的方向；及

其中以这样的方式在转子铁芯中确保一个磁性部分，以便当电枢绕组不被激励时，30％(百分比)以上的永磁体磁通量分布在转子中，并且当电机被加载时，永磁体的交链磁通(interlinkage flux)大于电流及永磁体组成的复合交链磁通的10％。

注意上面的复合链连磁通由电流的磁通矢量与永磁体的磁通矢量之间的相差改变。于是，现在我们规定当彼此互不影响的两个相位处于直角相交状态时的复合交链磁通的量用为本发明的上述复合交链磁通。

当围绕转子铁芯形成磁性不均衡时，该不均衡的磁性凸起部构成磁阻电机的一个磁极，而磁性凹陷部作为电机的间极(即相邻磁极之间的部分)。即，磁性凸起部对应于使转子的磁化容易的“易磁化”方向，而磁性凹陷部对应于难以磁化转子的“难磁化方向”。

根据本发明，永磁体被布置在转子铁芯的磁性凹陷部中。另外，在转子铁芯中，提供了把永磁体的磁通量封闭在短路中，以便当电枢绕组不被激励时，30％(百分比)以上的永磁体磁通量分布在转子中的磁性部分。借助这种结构，能够把转子旋转时产生的感应电压降到旋转电机的额定电压的0～70％。例如，在感应电压被调整为33％的情况下，即使旋转电机以3倍于基本速度的高速旋转，不可能对电路施加过度的电流。

其次，当电机被加载时，上述磁性部分强烈地经受负载电流产生的磁通量引起的磁饱和。于是，分布在磁极之间的永磁体磁通量确实增大。根据本发明，磁极之间的磁性部分组成磁通回路，以致部分永磁体磁通量分布在间极的中心轴方向上。另外，磁性部分被设置成当电机被加载时，永磁体的交链磁通大于电枢电流及永磁体组成的复合交链磁通的10％。

每个永磁体的磁通量具有排斥沿着间极的中心轴方向进入的电枢电流磁通，并增大永磁体方向的磁阻的作用，因为永磁体的相对导磁率大体上等于零。这样，由于永磁体的磁通量和电枢磁通量在相反的方向上互相抵消，间极的中心轴方向上的复合磁通量变小，或者当电枢电流小时，沿着与电枢电流相反的方向流动。

于是，由于沿着间极的中心轴方向的交链磁通变小，围绕转子的磁性不均衡内部的变化被增强，足以使电机的功率输出确实增加。另一方面，电枢磁通量具有集中通过转子铁芯的磁性凸起部的分布倾向。因此，由于促进了空气隙周围的磁通密度的不均匀性，磁能变化变大，从而提供具有大转矩及大的功率因数的电机。

关于以宽广范围的可变速度运转电机所需的终端电压的调节范围，下面将描述其作用。

根据本发明，由于永磁体局部嵌入间极中，和永磁体围绕转子表面的整个圆周布置的常规旋转电机相比，转子圆周面上的永磁体表面积较小，以致永磁体引起的交链磁通也变小。于是，起因于电枢电流(旋转电机的励磁电流分量和转矩电流分量两者)的交链磁通参与永磁体的交链磁通，以致感应产生终端电压。

在永磁体型旋转电机中，由于永磁体的交链磁通占据了几乎整个终端电压，因此能够调节终端电压。相反，由于本发明的旋转电机具有较小的永磁体交链磁通，当广泛地调节励磁电流时，能够在宽广的范围内控制终端电压。即，由于可把励磁电流分量调节到电压低于对应于该速度的电源电压，因此在恒压电源下，旋转电机能够以各种可变速度运转。

另外，由于各个永磁体磁通量的一部分漏过前述形成短路的磁性部分，因此能够减小永磁体内部的抗磁场。这样，由于表示永磁体的B(磁通量)-H(场强)特性的去磁曲线上的操作点被升高(导致大的磁导系数)，因此改善了关于温度及电枢反作用力的抗去磁性能。特别地，在借助形成沿间极轴方向的磁通量的电枢电流，抵消永磁体的磁通量的情况下，虽然去磁场施加在永磁体上，也能够防止转子的去磁化。

此外，由于永磁体被嵌入转子铁芯中，转子铁芯起永磁体的锁紧机构的作用，以致旋转电机可确保其高速运转。

根据本发明的第2方面，提供了一种磁阻型旋转电机，包括：

具有电枢绕组的定子；

具有转子铁芯的转子，沿转子周向方向形成磁性不均衡；

布置在转子铁芯中，用于抵消从在转子中确定的相邻磁极之间通过的电枢磁通量的多个永磁体，每个永磁体沿着一个方向被磁化，该方向不同于使转子磁化容易的方向；及

其中以这样的方式在转子铁芯中确保一个磁性部分，以便当电枢绕组不被激励时，80％(百分比)以上的永磁体磁通量分布在转子中，并且当电机被加载时，永磁体的交链磁通大于电流及永磁体组成的复合交链磁通的5％。

虽然这一旋转电机的基本功能类似于前面提及的旋转电机，不过由于当电枢绕组不被激励时，80％以上的永磁体磁通量分布在铁芯中，感应电压非常小。于是，即使在电源等中产生短路，源于永磁体感应产生的电压的电流非常小，足以防止电机被烧毁或被过度制动。此外，由于永磁体的磁通量引起的定子铁芯损耗变小，当在电机无负载或轻微加载的情况下，能够改善电机的效率。

另外，磁性部分被设置成当电机被加载时，永磁体的交链磁通大于电枢电流及永磁体组成的复合交链磁通的5％。由于在加载状态下，永磁体的磁通量与电枢磁通量相互抵消，因此减小了间极中心轴方向上的复合磁通量。

于是，由于中心轴方向上交链磁通的减小，围绕转子的磁性不均衡被增强，从而增大电机的功率输出。同时，由于间极中心轴方向上的交链磁通被减小，终端电压降低，从而可改善电机的功率因数。此外，电流磁通量被这样分布，以致集中通过磁极。

根据上面所述，由于本发明中空隙的磁通密度变化被增大，磁能变化也被增大，从而产生大的转矩和大的功率因数。

此外，这一旋转电机能够完成下述动作。由于每个永磁体的几乎全部磁通量都漏过短路的磁性部分，因此能够显著地减小永磁体内部的抗磁场。这样，由于表示永磁体的B(磁通量)-H(场强)特性的去磁曲线上的操作点也被升高(导致大的磁导系数)，因此可在50～200℃下使用具有恶化的温度特性的永磁体。即使在高温环境中流动着为额定电流2～3倍的大电流，也不可能因电枢反作用力而引起永磁体被去磁化。特别地，在额定转矩电流的条件下，如果增大电枢电流，以便获得几倍于由形成间极方向上的磁通量的电枢电流抵消永磁体磁通量的情况下的正常转矩的最大转矩，则该电枢电流在与永磁体的交链磁通相反的方向上产生空隙磁通。这种情况下，本实施例的旋转电机允许在不发生去磁化的情况下使用永磁体。

另外在这一旋转电机中，由于永磁体被嵌入转芯中，转子铁芯起永磁体的锁紧机构的作用，从而旋转电机可确保其高速运转。

根据本发明的第3方面，提供了一种磁阻型旋转电机，包括：

具有电枢绕组的定子；

具有转子铁芯的转子，沿转子周向方向形成磁性不均衡；

其中，在空隙处的永磁体磁通量中，永磁体的磁通量密度的基波中的最大值为0.2～0.6T。

根据本发明的第4方面，和上面提及的旋转电机相同，永磁体的磁化方向大体上和转子的周向方向相同。这样，由于就电角度而言，通过磁极的励磁电流分量的磁通量与永磁体的磁化方向大体上直角相交，因此在各个磁极上，源于该电流的磁饱和被减弱，以致磁阻转矩变大。

根据本发明的第5方面，转子在相邻的磁极之间具有第一非磁性部分。由于在每个间极提供了第一非磁性部分，间极方向上的磁阻显著增大。于是，由于在空隙处产生了磁通量的极大不均衡，磁能方面的变化被增大，因此能够产生大的电机功率输出。

根据本发明的第6方面，每个磁极的宽度为极距的0.3～0.5倍，极距对应于从一个磁极的中心到相邻磁极的中心的周向距离。

借助这样建立的磁极和间极，能够相对于转子的位置有效地增大空隙磁通密度的变化，从而可提供高功率输出的旋转电机。

根据本发明的第7方面，转子具有均在相邻磁极之间的圆周上形成的磁性部分，用于在相邻磁极之间建立磁性连接。由于提供了这样的磁性部分，磁性材料相对于定子的铁芯齿状物均匀地分布在转子的整个圆周上。因此，在降低槽脉动的同时，由定子的槽引起的磁阻的变化变小。此外，转子的光滑表面可降低风损。另外间极外侧的磁性部分，还可限制由作用于永磁体的电枢电流引起的去磁场。

根据本发明的第8方面，转子配有第二非磁性部分，用于减少沿径向方向漏过永磁体的相应内侧部分的磁通量。由于在每个永磁体的内端部形成了这样的非磁性部分，因此能够防止磁通量漏出永磁体。于是，能够在不显著降低电机性能的情况下，减小永磁体的体积。

根据本发明的第9方面，相邻磁极之间的第一非磁性部分被布置成不会显著增大永磁体外面的磁阻。

由于第一非磁性部分不增大永磁体外面的磁阻，因此即使永磁体的数量较少，也能够确保足够的磁通量。

此外，凭借第一非磁性部分，当电枢绕组不被激励时，永磁体的磁通量分布在与定子相对的转子表面中。当起因于负载电流的磁通重叠时，磁极与间极之间的每个磁性部分及外部磁性部分磁饱和，以致封闭在转子中的永磁体的磁通量和定子互连。于是，当电机不被加载时，起因于永磁体的交链磁通的感应电压很小，从而在加载状态下可有效地利用永磁体的磁通量。

根据本发明的第10方面，转子的间极外面的空隙长度大于磁极外面的空隙长度。

由于磁极外面的空隙长度小于间极外面的空隙长度，磁性不均衡进一步扩大，以致磁阻转矩确实增加。当电枢绕组不被激励时，由于间极外面的空隙长度较长，与电枢绕组互连的永磁体磁通量降低，从而通过相邻磁极之间的磁性部分封闭在转子铁芯中。

电机被加载时，当电流的磁通重叠时，转子局部磁饱和，从而封闭在转子中的永磁体磁通量被导致与定子互连。于是，当电机不被加载时，源于永磁体的交链磁通的感应电压非常小，从而在电机的加载状态下，可有效地增大永磁体的磁通量。

根据本发明的第11方面，磁阻型旋转电机的特征在于源于相邻磁极之间中心轴方向上的电枢电流的磁通量与永磁体的磁通量相互抵消，以致该中心轴方向上的复合磁通量大体上等于零。

当施加负载电流时，电枢电流的磁通量抵消永磁体的磁通量，以致间极的中心轴方向上的复合磁通量为零。于是，由间极的中心轴方向上的磁通量感应产生的电压也变为零。这样，由于终端电压由磁极方向上的磁通量感应产生，因此可为旋转电机提供低的电压，高的功率输出。

另外可容易地获得恒定输出性能。由于磁阻转矩是电枢的励磁电流分量和转矩电流分量二者的结果，依据励磁电流分量、转矩电流分量及旋转速度之积得到功率输出。当把形成间极方向的磁通量的电枢电流分量(转矩电流)固定为恒定值，使间极中心轴方向的复合磁通量等于零时，通过调节与旋转速度互成反比的电枢电流分量(励磁电流)，可实现转矩与旋转速度之积为恒量的恒定输出性能。

根据本发明的第12方面，在形成相邻磁极之间的中心轴方向的磁通量的电枢电流分量最大的条件下，源于相邻磁极之间中心轴方向上的电枢电流分量的磁通量与永磁体的磁通量互相抵消，从而该中心轴方向上的复合磁通量大体上等于零。

这种情况下，旋转电机的最大电流被分成垂直相交的两个矢量分量，即，形成间极中心轴方向上的磁通量的电枢电流分量，和形成磁极方向上的磁通量的另一电枢电流分量。当电枢的最大电流(合成矢量)与形成间极中心轴方向上的磁通量的电枢电流分量以45度角相交时，可获得最大磁阻转矩。本发明的旋转电机被这样构成，即在当前相位下，间极中心轴方向上的电枢电流磁通量抵消每个永磁体的磁通量，从而在间极方向上得到的复合磁通量大体上等于零。于是，当在电机以高的旋转速度运转过程中，感应电压升高时，电机允许把形成磁极方向上的磁通量的电枢电流分量(即励磁电流分量)调小，从而可获得恒定的感应电压。因此，能够在保持恒定功率输出的同时，以各种可变速度运转电机。

根据本发明的第13方面，结合当电机被电封闭在短路中时，永磁体的磁通量产生的电枢电流，以这样的方式确定了在与永磁体的磁通量互连的电枢电流为零的情况下，永磁体产生的磁通量的互连，即源于电枢电流的焦耳损耗引起的热小于电机的热允许值，或者电枢电流产生的制动力小于旋转电机的允许值。

如果当变换器、端子等中发生电短路事故时，存在与电枢绕组互连的永磁体磁通量，则转子的旋转将导致产生感应电压。由于该感应电压，短路电流可能在电枢绕组中流动，引起烧毁，或者设备的运转可能被过大的制动转矩锁紧。按照本发明的第1及第2方面，由于借助来自少量数目的永磁体的交链磁通实现电机的高功率输出，因此能够减小该感应电压，以便确定分别小于允许值的短路电流及制动力。因此，即使发生短路事件，也能够防止在旋转电机及设备中发生故障。

根据本发明的第14方面，永磁体被布置在相邻磁极之间，并由导电材料形成磁极之间的第一非磁性部分。

借助第一非磁性部分中导电材料的布置，当转子不与旋转磁场同步时，在导电材料中产生涡电流，以致转子能够进入其同步旋转。即，可实现旋转电机的自动起动及稳定旋转。

根据本发明的第15方面，在转子的圆周上形成多个沿转子的轴向方向延伸的导电构件。

在电机异步运转的情况下，由于感应电流在导电构件中流动，因此可实现旋转电机的自动起动及稳定旋转。此外，当驱动变换器时，能够借助谐波电流吸收涡电流。

根据本发明的第16方面，磁阻型旋转电机还包括布置在转子的各个轴向端部上的一对磁性端环。

当转子在与转子铁芯中每个永磁体的磁化方向相反的方向上受到电枢电流产生的电枢反作用场的作用时，永磁体的一部分磁通量形成均沿轴向方向流过铁芯，进入端环并返回铁芯的封闭磁通回路。即，由于能够有效地产生漏磁通，因此能够调节电枢绕组与永磁体之间的交链磁通的量，从而可借助电枢电流容易地控制终端电压。另外，通过控制转子铁芯与每个端环之间的间隙，能够调节漏磁通和有效磁通的比例。

根据本发明的第17方面，本发明的目的还可由包括下述部分的磁阻型旋转电机实现：

具有电枢绕组的定子；

具有转子铁芯的转子，沿转子周向方向形成磁性不均衡；

沿着转子的各个磁极的方向布置在转子铁芯中，用于抵消从在转子中确定的相邻磁极之间通过的电枢磁通量的多个永磁体；及

其中相邻磁极之间的每个间极具有一个外表面，该外表面相对于转子径向方向上的磁极外表面凹陷。

根据本发明，由于每个“间极”(或极间部分)的外表面相对于转子径向方向上的“磁极”(或磁极部分)外表面凹陷，定子与转子之间转子径向方向上的空隙长度改变，从而围绕转子形成磁性不均衡。同时，由于永磁体被磁化成抵消通过“间极”(即极间部分)的电枢磁通量，因此沿每个间极方向的磁阻增大。这样，在定子与转子之间的空隙上产生磁通量密度的不均匀性，从而根据得到的磁通的改变，可在旋转电机中产生大的转矩。

根据本发明的第18方面，在第17方面的旋转电机中，每个永磁体被布置成使转子铁芯的一部分位于转子径向方向上的永磁体外端部与转子的外圆周之间。

根据本发明的第19方面，在第18方面的旋转电机中，永磁体的外端部与转子的外圆周之间的部分具有这样的径向厚度，即电枢磁通量可使该部分磁饱和。

根据本发明的第20方面，在第18方面的旋转电机中，永磁体外端部与转子外圆周之间的部分的径向厚度最好小于在其中心的间极的径向厚度。

根据本发明的第21方面，在第18方面的旋转电机中，永磁体外端部与转子外圆周之间的部分最好具有这样的厚度，以致当电枢绕组中没有电流流动时，在转子与定子之间的空隙处，与电枢绕组互连的永磁体的磁通量密度小于0.1T。

和本发明第18-21方面的优选结构相同，由于在每个永磁体与转子的外圆周之间提供了一部分铁芯，当电枢电流为零，即电机无负载时，永磁体产生的磁通量被封闭在转子铁芯中。这样，由于电枢绕组中的感应电压大体上等于零，旋转电机使转子能够在没有来自定子一方的制动力的情况下以恒速旋转。此外，即使在转子旋转过程中，在电枢绕组、变换器等中发生电短路，由于感应电压基本上等于零，因此短路电流不流动。于是，虽然短路，仍能够防止产生过大的制动力，及防止电枢绕组损坏。当电机被加载时，磁极方向上的电枢磁通部分通过永磁体外面的外铁芯部分，以致沿周向方向，各个间极在间极的两个端部上磁饱和。因此，永磁体的磁通量分布在转子外面，并与电枢绕组互连，从而可提高电机的功率输出和功率因数。

根据本发明的第22方面，在第18-21方面的任一电机中，各个永磁体被这样布置，以便除了转子铁芯的部分之外，在永磁体外端部与转子外圆周之间形成空间。

根据本发明的第23方面，用非磁性材料填充该空间。

根据本发明的第24方面，在转子铁芯的每个间极部分中形成一个空腔。

在上述情况中，由于空腔或者非磁性材料起磁阻的作用，因此能够有效地降低从磁极流向间极的漏磁通。

根据本发明的第25方面，上面描述的本发明的目的也可由包括下述部分的磁阻型旋转电机实现：

具有电枢绕组的定子；

具有转子铁芯的转子，沿转子周向方向形成磁性不均衡，另外依次在转子中确定磁极及间极；

布置在转子铁芯的圆周部分上的导体，用于在其中产生感应电流。

借助上面提及的导体的布置，由于电机起动时的电磁感应，在导体中产生感应电动势，从而实现旋转电机的自动起动。

由于永磁体被磁化成抵消通过间极的电枢磁通量，沿各个间极方向的磁阻被增大，从而在定子与转子之间的空隙上产生磁通密度不均匀性。这样，借助所得到的磁能方面的变化，在旋转电机中可产生大的转矩。

根据本发明的第26方面，在第25方面的电机中，导体由多个磁性棒组成，磁性棒被嵌入转子铁芯的各个磁极的外表面附近，沿转子的轴向方向延伸。

这样，由于提供磁性棒作为导体，电机能够凭借磁性棒的导电性自动起动。另外，由于棒由磁性材料制成，因此流过磁极的磁通(主磁通)的密度不降低，从而不可能对电机转矩产生影响。

根据本发明的第27方面，在第26方面的电机中，转子具有沿转子径向方向在永磁体外面的各个铁芯部分中形成的空腔。

这样，磁路被各个空腔阻断，从而间极的磁阻进一步增大。于是，每个磁极与每个间极之间的磁能变化被增大到足以产生大的转矩。

根据本发明的第28方面，在第27方面的电机中，转子铁芯在每个间极外表面附近配有沿转子轴向方向延伸，并在其中产生感应电流的非磁性导体棒。

这样，由于非磁性导体棒的加入，进一步改进了电机的自动起动性能。此外，导体棒的非磁性使间极的磁阻进一步增大，从而磁能的变化也进一步增大。

根据本发明的第29方面，在第28方面的电机中，利用沿转子轴向方向延伸，并在其中产生感应电流的多个非磁性导体棒部分填充转子的空腔。

这样，由于磁路被各个空腔中的非磁性导体棒阻断，和在间极中只形成空腔的情况相比，间极的磁阻被进一步增大。此外，通过在空腔中嵌入导体棒还提高了转子自身的强度。

根据本发明的第30方面，在第25方面的电机中，导体包括嵌入转子铁芯的每个磁极外表面附近，沿转子的轴向方向延伸的多个深槽磁性棒，及嵌入转子铁芯的每个间极外表面附近，沿转子的轴向方向延伸的多个非磁性棒。

这样，由于沿着转子铁芯的整个圆周面嵌入导体棒，凭借导体棒的导电性，可获得类似于使用专用起动笼情况下的起动能力。此外，由于磁极及间极的相应材料选择，每个磁极与每个间极之间的磁阻差异被增大。于是，磁能方面的变化被进一步增大。

根据本发明的第31方面，在第25方面的电机中，导体由嵌入转子铁芯的每个间极外表面附近，沿转子的轴向方向延伸的多个非磁性棒组成。

这样，由于非磁性棒的非磁性，间极中的磁阻增大。此外，由于磁极中没有设置导体棒，简化了转子的结构。

根据本发明的第32方面，在第25方面的电机中，导体被设置成覆盖转子铁芯的外表面。

这样，在电机起动时，由于导体的导电性，感应电流在转子的外圆周中流畅地流动，从而电机能够独立起动。另外，由于转子由该导体覆盖，因此能够提高转子的机械强度。

根据本发明的第33方面，在第32方面的电机中，导体为圆柱形，以便覆盖转子铁芯的整个外表面。

于是，除了改善自动起动能力之外，圆柱形导体能够提高机械强度，同时结构简单。

根据本发明的第34方面，在第32方面的电机中，导体由与磁极的外表面相连，以覆盖间极的多个壳层构件构成。

这样，由于壳层构件与磁极的外表面相连，电机旋转过程中的空气阻力(或风阻损耗)降低，从而提高了转子的旋转效率。

根据本发明的第35方面，在第25方面的电机中，导体被布置在转子铁芯的每个间极的外表面附近，并沿着转子的周向方向弯曲。

这样，当起动电机时，感应电流在间极中流动，使转子能够自动起动。

根据本发明的第36方面，在第25方面的电机中，导体具有形成于转子铁芯的柱面部分上，并沿转子的周向方向布置的多个狭长切口。

由于狭长切口的形成，电机起动时的感应电流在流动的同时，沿转子的轴向方向及周向方向形成长的回路。因此，电枢绕组与转子之间的磁耦合被增强，从而为转子提供大的起动转矩。

根据本发明的第37方面，在第36方面的电机中，导体覆盖转子铁芯的外表面。

这样，由于感应电流在转子的外圆周内流畅地流动，使电机的自动起动更容易。另外，由于转子上覆盖导体，可进一步提高转子的机械强度。

根据本发明的第38方面，在第37方面的电机中，导体为圆柱形，以便覆盖转子铁芯的整个外表面。

于是，除了改善自动起动能力之外，圆柱形导体能够提高机械强度，同时结构简单。此外，转子旋转过程中的空气阻力(风阻损耗)降低，从而提高了转子的旋转效率。

根据本发明的第39方面，在第38方面的电机中，导体由与磁极的外表面相连的多个壳层构件构成，以覆盖间极。

这样，由于壳层构件与磁极的外表面相连，能够减少电机旋转过程中的空气阻力(或风阻损耗)，从而可提高转子的旋转效率。

根据本发明的第40方面，在第36方面的电机中，导体被布置在转子铁芯的每个间极的外表面附近，并沿着转子的周向方向弯曲。

根据本发明的第41方面，在第37或38方面的电机中，导体由导电的磁性材料制成。

于是，能够在使磁通量更大的同时，使抵抗主磁通的转子磁阻更小。此外，由于电机同步牵引时的空转减小，因此就需要巨大的转矩来驱动的负载而论，电机能够起动并同步牵引。

根据本发明的第42方面，上面描述的本发明的目的也可由包括下述部分的磁阻型旋转电机实现：

具有电枢绕组的定子；

由转子铁芯和转子铁芯外部的环形构件组成的转子；其中

转子铁芯包括多个磁极及多个间极，每个磁极由沿转子的径向方向向外伸出的铁芯部分组成，每个间极沿转子的周向方向布置在相邻磁极之间；

环形构件安装在转子上，以便环绕磁极的圆周面。

这样，由于转子铁芯的磁极的圆周面上覆盖环形构件，转子的间极被增强，从而允许减薄间极的桥接部分。于是，通过桥接部分的q轴漏磁通减少，增大了间极的磁阻。

根据本发明的第43方面，在第42方面的电机中，沿周向方向在磁极的各个侧面上，转子配有多个永磁体，永磁体被磁化成抵消通过间极的电枢磁通。

这样，由于永磁体的磁通对抗q轴磁通，间极中的磁阻增大，从而提高了电机的功率输出。

根据本发明的第44方面，在第40方面的电机中，环形构件由磁性材料制成。

这样，d轴磁通易于通过磁极部分，从而可增大主磁通。

根据本发明的第45方面，在第42方面的电机中，环形构件由饱和磁通密度小于构成转子铁芯的材料的饱和磁通密度的材料构成。

这样，和相邻磁极经过间极中的转子铁芯材料相互连接的常规转子相比，所得到的转子(转子铁芯和环形构件)在桥接部分中具有降低的饱和磁通密度。这样，尽管桥接部分的厚度相同，也能够增大磁阻。

根据本发明的第46方面，提供了一种旋转电机的转子的制造方法，包括下述步骤：

制备具有多个磁极及多个间极的转子铁芯，每个磁极由沿转子的径向方向向外伸出的铁芯部分组成，每个间极沿转子的周向方向布置在相邻磁极之间；

在磁化之前，把多个永磁体沿转子的周向方向布置在磁极的各个侧面上；

把转子铁芯安置在导磁体上，以磁化永磁体；之后

把环形构件安装在转子铁芯上，使环形构件围绕磁极的圆周面。

由于以上述方法制备的转子铁芯具有沿转子的径向方向向外伸出的磁极，及均布置在相邻磁极之间的间极，因此能够容易地使附着在转子铁芯上的预磁化磁体接近导磁体，简化了永磁体的磁化操作。

根据本发明的第47方面，还提供了一种旋转电机的转子的制造方法，包括下述步骤：

在磁化之后，把多个永磁体沿转子的周向方向布置在磁极的各个侧面上；之后，

这样，能够容易地沿着转子的径向方向，从外部把磁化后的磁体插入介于磁极之间的各个空间中，简化了转子的装配操作。

结合附图，根据下面的说明及附加的权利要求，本发明的这些及其它目的和特征将更加明白。

附图说明

图1是早期的磁阻型旋转电机沿其径向方向的横截面图；

图2是根据本发明第1、2、9、10及11实施例的磁阻型旋转电机沿电机径向方向的横截面图；

图3是根据本发明第1-14实施例的磁阻型旋转电机的横截面图，表示了由沿磁极轴方向的电枢电流产生的磁通量的流动；

图4是根据本发明第1-14实施例的磁阻型旋转电机的横截面图，表示了由沿间极轴方向的电枢电流产生的磁通量的流动；

图5是根据本发明第1-14实施例的磁阻型旋转电机的横截面图，表示了源于永磁体的磁通量的流动；

图6是根据本发明第3实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图7是根据本发明第4实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图8是根据本发明第5实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图9是根据本发明第6实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图10是根据本发明第7实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图11是根据本发明第8实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图12是根据本发明第13实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图13是根据本发明第14实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图14是根据本发明第14实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图15是根据本发明第15实施例的磁阻型旋转电机沿电机径向方向的横截面图；

图16是图15的磁阻型旋转电机的横截面图，表示了当电枢电流等于零时转子中磁通量的分布；

图17是图15的磁阻型旋转电机的横截面图，表示了当电机被加载时，源于d轴电枢电流的磁通量的分布；

图18是图15的磁阻型旋转电机的横截面图，表示了当电机被加载时，源于q轴电枢电流的磁通量的分布；

图19是作为第15实施例的变型的磁阻型旋转电机的转子的横截面图；

图20是根据本发明第16实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图21是根据本发明第17实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图22是根据本发明第18实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图23是根据本发明第19实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图24是根据本发明第20实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图25是根据本发明第21实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图26是根据本发明第22实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图27是根据本发明第23实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图28是根据本发明第24实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图29是根据本发明第25实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图30是根据本发明第26实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图31是根据本发明第27实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图32是根据本发明第28实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图33是根据本发明第29实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图34是根据本发明第30实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图35是根据本发明第31实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图36是根据本发明第32实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图37是根据本发明第33实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图38是根据本发明第34实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图39是根据本发明第35实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图40是根据本发明第36实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图41是为图40的转子使用的圆柱形导电构件的透视图；

图42是根据本发明第37实施例的磁阻型旋转电机沿电机径向方向的横截面图；

图43是为图42的转子使用的圆柱形导电构件的透视图；

图44是根据本发明第38实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图45是根据本发明第39实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图46A是根据本发明第40实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图，图46B是图46A的壳层构件(导体)的透视图；

图47是根据本发明第41实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图；

图48A是根据本发明第42实施例的磁阻型旋转电机的转子沿电机径向方向的横截面图，图48B是图48A的壳层构件(导体)的透视图；

图49是根据本发明第43实施例的磁阻型旋转电机沿电机径向方向的横截面图；

图50是第43实施例的磁阻型旋转电机的横截面图，表示了起因于d轴电枢电流的磁通分布；

图51是第43实施例的磁阻型旋转电机的横截面图，表示了起因于q轴电枢电流的磁通分布；

图52是根据本发明第44实施例的磁阻型旋转电机沿电机径向方向的横截面图；

图53A-53D示意地表示了本发明第44实施例的磁阻型旋转电机的转子的制造方法；

图54是早期转子的示意平面图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的大量实施例。注意，某些实施例组中的共同部件分别用相同的附图标记表示。

[第1实施例]

图2是根据本发明第1实施例的磁阻型旋转电机沿电机转子径向方向的横截面图。图2中，定子1包括电枢绕组2，并且其中容纳转子3。转子3包括转子铁芯4及永磁体6。转子铁芯4确定易磁化方向及难磁化方向。即，根据本实施例，转子铁芯由多个叠层电磁钢板构成，每个钢板具有多个空腔5，空腔5用于在其中容纳8个永磁体。8个空腔8成十字交叉形式布置，形成4个凸极。这样，插入两个平行空腔5之间的每个铁芯部分形成磁性凸出部，以提供每个磁极4a(磁极部分)，而位于垂直的两个相邻空腔5之间的每个铁芯部分构成磁性凹陷部，以提供每个间极4b(磁性间极部分)。此外在空腔5中还布置有永磁体6，每个永磁体6被磁化，以便抵消在相邻磁极4a之间(即间极4b)流动的电枢电流的磁通量。即，位于各个磁极4a两侧的永磁体6在磁化方向上彼此相同，而位于各个间极4b两侧的永磁体6的磁化方向在转子3的周向方向上彼此相对。最好，大体上沿周向方向磁化永磁体6，更好沿着大体上垂直于磁极轴的相应方向磁化永磁体6。推荐的永磁体6是高能量积的稀土永磁体，最好是Nd-Fe-B永磁体。

以这样的方式在每个磁极4a及每个磁极4b之间，及在每个永磁体6的端部与转子铁芯4的圆周之间确保磁性部分7，以便在电机无激励情况下，永磁体6产生的磁通量的30～60％确实散布在转子3中。由于本实施例中，永磁体6被布置在转子铁芯4的内部，距离转子铁芯4的圆周足够远，因此永磁体6的磁通量通过作为磁通回路的磁性部分7被磁封闭在短路中。确定各个磁性部分7的径向厚度，及各个永磁体6的厚度和表面积，以便当电机不被激励时，最好永磁体6的磁通量的30～40％分布在转子3中。此外还确定各个磁性部分7的径向厚度，及各个永磁体6的厚度和表面积，以便当对电机加载时，由永磁体6产生的绕组2的交链磁通为电流及永磁体的复合交链磁通的10～60％，最好为30～50％。

根据本实施例，周向方向上磁极4a的弧线厚度W被规定为极距L(从一个磁极中心到相邻磁极中心的距离)的0.3～0.5倍。

下面，我们来描述旋转电机的工作。

图3表示了由沿着转子铁芯4的磁极轴方向的d轴电枢电流产生的磁通量d。在所示结构中，由于磁通回路由磁极4a的铁芯组成，因此磁阻非常小，磁通易于流动。注意，图3中，附图标记8表示非磁性部分之一。

图4表示了由沿着通过间极4b的径向轴方向的q轴电枢电流产生的磁通量q。虽然间极4b的磁通量q形成横跨间极4b中的永磁体6的磁通回路，但是由于永磁体6的相对磁导率大体上等于1，在永磁体6的高磁阻的作用下，电枢电流的磁通量减少。

由于永磁体6在大体上垂直于磁极轴的方向上被磁化，磁通量从每个永磁体6的一个磁极流过铁芯4圆周附近的磁性部分7，及后继磁极4a，并最终返回永磁体6的另一磁极，形成磁路ma，如图5中所示。此外，每个永磁体6的磁通量通过间隙部分地流入定子1，并经过相邻的永磁体6和磁极4a返回永磁体6，从而形成磁路mb。

如图4中所示，由于永磁体6的互链磁通分布在与间极4b的磁通量q相反的方向上，永磁体6的互链磁通排斥从间极4b进入的电枢磁通量q，因为它们互相拒绝。在间极4b上方的空隙部分中，由于永磁体6的磁通量发生很大的变化，和磁极上方的空隙磁通密度相比，电枢电流产生的空隙磁通密度被减小。即，就转子3的位置而论，空隙磁通密度的变化被增大，以致磁能的改化变得更大。此外，由于在磁极与间极之间的边界设置了磁性部分7，当电机被加载时，转子经受负载电流产生的巨大磁饱和。于是，分布在磁极之间的永磁体6的磁通量确实增大。这样，由于磁阻及永磁体的磁通量，在空隙磁通的分布方面产生显著的不均匀性，所得到的磁能被显著改变，从而产生大的输出功率。

下面，我们来说明以宽广范围的可变速度运转电机所需的终端电压的调节范围。

由于在本实施例的旋转电机中，每个永磁体只被布置在间极部分中，和常规的旋转电机相比，转子的圆周侧面上的永磁体表面积较小，以致永磁体产生的互链磁通也被降低，常规的旋转电机中，永磁体围绕转子表面的整个圆周布置。

另外，当电机不被激励时，永磁体6的大量磁通量流过磁性部分7，成为转子铁芯中的漏磁通。于是，由于这种状态下可显著地减小感应电压，因此当电机不被激励时，铁芯损耗将降低。此外，当绕组2被封闭在短路中时，过剩电流将变得更小。

当加载时，由于起因于电枢电流(磁阻型旋转电机的励磁电流分量及转矩电流分量)的互链磁通被加入起因于永磁体6的互链磁通中，因此感应产生终端电压。

在永磁体型旋转电机中，由于永磁体6的互链磁通占用几乎全部终端电压，因此能够调节终端电压。另一方面，由于本发明的旋转电机具有较小的永磁体6互链磁通，因此励磁电流分量的宽广调节允许在宽广的范围内调节终端电压。即，由于能够调节励磁电流分量，以致电压小于对应于该速度的的电源电压，旋转电机能够在恒定电压下自基本速度起以各种速度运转。

此外，由于旋转电机不凭借其强制性磁场削弱控制来限制电压，因此即使在电机高速旋转的情况下不实现这种控制，也不可能发生过压。

另外，由于每个永磁体6的部分磁通量φma漏过短路的磁性部分7，因此可能减小永磁体6内部的的抗磁场(diamagnetic field)。这样，由于表示永磁体的B(磁通量)-H(场强)特性的去磁曲线上的操作点被升高(导致大的磁导系数)，因此改善了关于温度及电枢反作用力的抗去磁性能。同时，由于永磁体6被嵌入转子铁芯4中，铁芯4起永磁体6的锁紧机构的作用，以致旋转电机能够确保其高速运转。

由于周向方向上磁极4a的弧线厚度W被规定为极距L(从一个磁极中心到相邻磁极中心的周向距离)的0.3～0.5倍，因此能够有效地增大空隙的磁通密度分布的变化，从而完成高输出功率旋转电机。

[第2实施例]

下面将参考图2说明第2实施例的磁阻型旋转电机。

本实施例中，在说明中将省去与第1实施例中的部分相类似的部分。

根据本发明，在每个磁极4a及每个磁极4b之间，及在每个永磁体6的端部与转子铁芯4的圆周之间确保磁性部分7，以便永磁体6在电机无激励情况下产生的磁通量的80％或更多确实散布在转子3中。另外，和第1实施例相比，每个磁性部分7的径向厚度，及每个永磁体6的厚度和表面积均更大。换句话说，确定每个磁性部分7的径向厚度，及每个永磁体6的厚度和表面积，以便最好在电机激励的情况下，永磁体6的磁通量的90～95％被分布在转子3中。

此外，也确定每个磁性部分7的径向厚度，及每个永磁体6的厚度和表面积，以便当电机被加载时，永磁体6产生的绕组2的交链磁通为电流及永磁体的复合交链磁通的5％或更多，最好为10～30％。

虽然第2实施例与第1实施例在电机的基本操作方面相似，不过由于永磁体6产生的80％或更多的磁通量被分布在转子3中，因此感应电压非常小。于是，即使在电源中引起短路，起源于永磁体6感应产生的电压的电流也很小，不足以防止电机被烧毁或过度制动。

此外，第2实施例的旋转电机按如下所述进行操作。由于每个永磁体6的几乎所有磁通量都漏过短路的磁性部分7，因此能够显著地减小永磁体6内部的抗磁场。这样，由于表示永磁体的B(磁通量)-H(场强)特性的去磁曲线上的操作点也被升高(导致大的磁导系数)，因此可在50～200℃下使用具有恶化的温度特性的永磁体。例如，即使在高温环境中流动着为额定电流2～3倍的大电流，也能够不管恶化的温度特性而使用具有高磁能积(40MGOe)的Md-Fe-B磁体，而不致由于其电枢反作用力引起去磁化。

[第3实施例]

图6是本发明第3实施例的磁阻型旋转电机的转子的径向截面图。

根据本实施例，转子铁芯4具有几何不均匀性。由于其它组成部分类似于第1及第2实施例，将省略对它们的重复说明。

由于几何不均匀性的提供，空隙周围磁通分布的变化被进一步扩大，于是磁阻转矩被进一步增大。

[第4实施例]

图7是本发明第4实施例的磁阻型旋转电机的转子的径向截面图。

根据本实施例，在每个间极的中心，转子铁芯4被设置有空腔8作为第一非磁性部分，空腔8具有扇形截面。磁性部分9位于每个空腔8的圆周上，使磁极4a与相邻的磁极4a磁性连接。由于其它组成部分类似于实施例1，省去对它们的重复说明。

由于扇形空腔8在相邻的磁极之间形成非磁性部分，间极方向上的磁阻显著增大。于是，磁阻转矩显著增大。此外，扇形空腔8限制了来自间极的永磁体6的交链磁通。于是，起因于永磁体及电流的转矩降低，而磁阻转矩增大。即，在不降低转矩和输出功率的情况下，能够降低起因于永磁体6的感应电压。

此外，由于提供了磁性部分9，每个磁性部分9使相邻的磁极4a相互连接，因此转子铁芯4相对于定子1的铁芯齿状物均匀地分布在转子3的整个圆周上。于是，在降低槽脉动的同时，由定子1的槽隙引起的磁阻变化变小。此外，转子3的光滑表面可降低风损。另外由于磁性部分9在间极4b的外部，还可能限制由作用于永磁体6的电枢电流引起的去磁场。

[第5实施例]

图8是本发明第5实施例的磁阻型旋转电机的转子的径向截面图。

在本实施例的旋转电机中，在转子铁芯的每个空腔5中设置了缩短的永磁体6及铝材12。由于其它组成部分类似于第1及第4实施例，省去对它们的重复说明。由于其它组成部分类似于第1及第4实施例，省去对它们的重复说明。

由于在每个永磁体6的内侧端部设置了非磁性铝材12，能够防止磁通量漏入间极方向，从而可限制磁阻转矩的降低。此外，能够降低从铁芯4内侧的永磁体6的磁通量泄漏。于是，在不显著降低电机的输出性能的情况下，能够减小每个永磁体6的体积。

[第6实施例]

图9是本发明第6实施例的磁阻型旋转电机的转子的径向截面图。

根据本发明，在转子铁芯4的圆周上形成几何不均匀性。由于其它组成部分类似于第1及第5实施例，省去对它们的重复说明。

由于几何不均匀性的提供，空隙周围的磁通分布变化被进一步扩大，以致磁阻转矩被进一步增大。至于其它操作和效果，本实施例类似于第1及第5实施例。

[第7实施例]

图10是本发明第7实施例的磁阻型旋转电机的转子的径向截面图。

根据本实施例，在铁芯4的每个间极4b中，两个永磁体6被布置在转子铁芯的圆周附近，并沿着转子3的周向方向被磁化。这些永磁体6的特征在于它们的磁化方向彼此相对，并被这样布置，以便由位于间极轴的中心的磁性部分10和磁性部分9形成作为磁通回路的磁路。此外，在永磁体6的内圆周侧形成扇形空腔8，并在永磁体6的内圆周侧面与空腔8之间放入磁性部分10。由于其它组成部分类似于第1实施例，省去对它们的重复说明。

由于提供了作为第一非磁性部分的扇形空腔8，在不大量提高永磁体6外侧的磁阻的情况下，能够提供永磁体6的磁通量分布在转子的外磁性部分9及定子1上的转子。即，由于扇形空腔8不增大永磁体6外部的磁阻，尽管永磁体的数量较少，也能够确保足够的磁通量。

此外，每个永磁体6的磁通量由作为第一非磁性部分的各个空腔8切断，并通过作为磁通回路的外部磁性部分9被封闭在短路中。当起因于负载电流的磁通量重叠时，磁极4a与间极4b之间的每个磁性部分7，及外部磁性部分9经受磁饱和，以致封闭在转子3中的永磁体6的磁通量与定子1的电枢绕组2连接。于是，当电机不被加载时，由永磁体6的交链磁通引起的感应电压非常小，从而在加载情况下能够有效地利用永磁体6的磁通量。至于其它操作及效果，本实施例类似于第1实施例。

[第8实施例]

图11是本发明第8实施例的磁阻型旋转电机的转子的径向截面图。

本实施例的旋转电机的特征在于，就转子铁芯4与定子1之间的空隙而论，径向方向上，间极4b附近的空隙长度大于磁极4a附近的空隙长度。例如，磁极4a的空隙长度1a等于0.6mm，而间极4b的空隙长度1b被设定为1.8mm。由于其它组成部分类似于第1和第7实施例，省去对它们的重复说明。

由于磁极4a的空隙长度1a小于间极4b的空隙长度1b，磁性不均匀性被扩大，以致磁阻转矩确实增大。同时，由于间极4b的周向空隙长度相对较长，每个永磁体6的通过作为磁通回路的磁性部分9封闭在转子3中的磁通量增大，同时与定子绕组2互连的永磁体6的磁通量降低。

当电机被加载时，电流的磁通量发生重叠，磁极4a与间极4b之间的每个磁性部分7，及外部磁性部分9局部经受磁饱和，以致永磁体6的封闭在转子3中的磁通量与定子1的电枢绕组2互连。于是，当电机不被加载时，起因于永磁体6的交链磁通的感应电压很小，从而在加载条件下能够有效地利用永磁体6的磁通量。至于其它操作及效果，本实施例类似于第1及第7实施例。

[第9实施例]

就基本组成而论，本实施例的旋转电机与图1-4的第1实施例的旋转电机相同，于是省去对它们的重复说明。按照本实施例，根据当电机被加载时，在间极4b的中心轴方向上的电枢电流磁通量抵消每个永磁体6的磁通量，从而最后在间极方向上得到的复合磁通量大体上等于零，确定了每个磁性部分7的径向厚度，永磁体6的厚度及表面积，非磁性部分8的体积，非磁性部分8与铁芯圆周之间的磁性部分的厚度等。

当施加负载电流时，电枢电流的磁通量φq抵消永磁体6的磁通量φm，以致在间极的中心轴方向上的复合磁通量等于零。于是，由间极的中心轴方向上的磁通量感应产生的电压也为零。这样，由于磁极方向上的磁通量感应产生终端电压，可为旋转电机提供低电压、高功率输出。

此外，可容易地获得恒定输出性能。由于磁阻转矩是电枢的励磁电流分量和转矩电流分量二者的结果，依据励磁电流分量、转矩电流分量及旋转速度之积获得功率输出。当把形成间极方向的磁通量的电枢电流分量(转矩电流)固定为恒定值，以便通过调节与旋转速度互成反比的电枢电流分量(励磁电流)，使间极中心轴方向的复合磁通量等于零，从而可实现转矩与旋转速度之积为恒量的恒定输出性能。至于其它操作及效果，本实施例类似于第1实施例。

[第10实施例]

就基本组成而论，本实施例的旋转电机与图1-4的第1实施例的旋转电机相同，于是省去对它们的重复说明。按照本实施例，根据当形成间极中心轴方向上的磁通量的电枢电流分量最大时，间极4b中心轴方向上的电枢电流磁通量φq抵消每个永磁体6的磁通量φm，从而最后在间极方向上得到的复合磁通量大体上等于零，确定了每个磁性部分7的径向厚度，永磁体6的厚度及表面积，非磁性部分8的体积，非磁性部分8与铁芯圆周之间的磁性部分的厚度等。

本实施例中，旋转电机的最大电流被分成垂直相交的两个矢量分量，即，形成间极中心轴方向上的磁通量的电枢电流分量，和形成磁极方向上的磁通量的另一电枢电流分量。当电枢的最大电流(合成矢量)与形成间极中心轴方向上的磁通量的电枢电流分量以45度角相交时，可获得最大磁阻转矩。本实施例的旋转电机被这样构成，即在当前相位下，间极中心轴方向上的电枢电流磁通量抵消每个永磁体6的磁通量，从而最后在间极方向上得到的复合磁通量大体上等于零。于是，当电机以高的旋转速度运转，感应电压升高时，电机允许把形成磁极方向上的磁通量的电枢电流分量(即励磁电流分量)调小，从而可获得恒定的感应电压。因此，有可能在恒定的功率输出下，实现宽广范围的可变速度运转及高的功率因数。至于其它操作及效果，本实施例类似于第1实施例。

[第11实施例]

就基本组成而论，本实施例的旋转电机与图1-4的第1实施例的旋转电机相同，于是省去对它们的重复说明。按照本实施例，确定了在电枢电流为零的情况下，与电枢绕组互连的永磁体6的磁通量的数目，每个磁性部分7的径向厚度，永磁体6的厚度及表面积，非磁性部分8的体积，非磁性部分8与铁芯圆周之间的磁性部分的厚度等，以便满足下述条件。即，结合当电机被电封闭在短路中时永磁体6的磁通量产生的电枢电流，以这样的方式分别确定上述因数，即源于上述电枢电流的焦耳损耗引起的热小于电机的热允许值，或者上述电枢电流产生的制动力小于电机的允许值。

通常，当变换器、端子等中发生电短路事故时，如果留有与电枢绕组2互连的永磁体6的任何磁通量，则转子3的旋转将导致产生感应电压。由于该感应电压，短路电流可能在电枢绕组中流动，引起烧毁，或者设备的运转可能被过大的制动转矩锁紧。如第1及第2实施例中所述，由于借助来自少量数目的永磁体6的交链磁通实现电机的高功率输出，因此有可能减小该感应电压，以便确定分别小于允许值的短路电流及制动力。因此，即使发生短路事件，也能够防止在旋转电机及设备中发生故障。至于其它操作及效果，本实施例类似于第1实施例。

[第12实施例]

通过把永磁体6布置在转子铁芯的相邻磁极之间，并用铜材或铝材实现作为第一非磁性部分的空腔8，形成了本实施例的磁阻型旋转电机。就其它组成而论，本实施例的旋转电机与第1及第4实施例的旋转电机相同，于是省去对它们的重复说明。

借助空腔8中铜或铝导电材料的布置，当转子3不与旋转磁场同步时，在导电材料中产生涡电流，以致转子能够进入其同步旋转。即，可实现旋转电机的自动起动及稳定旋转。至于其它操作及效果，本实施例类似于第1及第4实施例。

[第13实施例]

图12是本发明的第13实施例的磁阻型旋转电机的转子的径向截面图。

根据本发明，围绕转子铁芯4形成许多小孔，铜条13分别插入各个小孔中。铜条13的相应端部彼此电连接。就其它组成而论，本实施例的旋转电机与第1及第4实施例的旋转电机相同，于是省去对它们的重复说明。

在电机异步运转的情况下，由于感应电流在铜条13中流动，因此可实现旋转电机的自动起动及稳定旋转。此外，当驱动变换器时，能够借助谐波电流吸收涡电流。至于其它操作及效果，本实施例类似于第1及第4实施例。

[第14实施例]

图13及14是本发明的第14实施例的磁阻型旋转电机的转子的轴向截面图。

本实施例的磁阻型旋转电机的特征在于一对磁性端环12布置在转子铁芯4的两个轴向端部上。本实施例的转子3由转子铁芯4及端环12组成。其它组成部分与第1实施例的旋转电机类似。

本实施例的旋转电机按照如下所述运转。

当转子3在与转子铁芯4中每个永磁体6的磁化方向相反的方向上受到电枢电流产生的电枢反作用场的作用时，永磁体6的一部分磁通量φm形成均沿轴向方向流过铁芯4，进入端环12并返回铁芯4的封闭磁通回路51。即，根据本发明，由于能够有效地产生漏磁通，因此能够调节电枢绕组2与永磁体6之间的交链磁通的量，从而可借助电枢电流容易地控制终端电压。另外，如图14中所示，通过控制转子铁芯4与每个端环12之间的间隙，能够调节漏磁通和有效磁通的比例。至于其它操作及效果，本实施例类似于第1实施例。

[第15实施例]

图15A是根据本发明第1实施例的磁阻型旋转电机沿电机转子的径向方向的横截面图。类似于上面提到的实施例，本实施例的电机包括配有4个磁极的电枢绕组2的定子1，及大体上呈圆柱形的转子3。就转子3的结构来说，转子铁芯4由诸如称为“S45C”的软钢之类的磁性材料圆柱件，或者圆形的硅钢片叠层件构成。沿着转子铁芯4中相应磁极轴的方向，间隔磁极宽度的距离形成空腔5，每个空腔5呈半箭头形状。即，根据本实施例，由于在电枢绕组2中，4个磁极呈十字形，因此以这样的方式形成空腔5，以便对应地从磁极的两侧在其间放入相应的磁极。

为了形成磁性不均匀性，在铁芯4的相邻磁极附近均插入相应的扇形部分，即，和十字形磁极的外圆周相比，4个间极具有稍凹的外圆周。于是在每个间极与定子1之间形成空隙部分17。注意，如图15中所示，形成的每个空腔5具有沿转子3径向方向位于每个间极的圆周内侧的外端部。另外空腔5被这样形成，以使转子3径向方向上的相应内端部互不干扰。

矩形永磁体6，例如Nd-Fe-B类磁体以这样的方式放置在这样形成的空腔5中，即永磁体6的相应纵向端部与空腔5的内端部接触，而永磁体6的另一纵向端部在空腔5中留出空间5a。利用，例如粘结剂把这些永磁体保留在空腔5中。每个永磁体沿着垂直于磁极轴的方向被磁化。此外，布置永磁体6，以便永磁体6产生的磁通量φm抵抗流入间极区域的电枢绕组2的漏磁通。具体地说，作为中心的每个磁极两侧的永磁体6在磁化方向上都相同，并且都垂直于该磁极。另外，作为中心的每个间极两侧的永磁体6在转子铁芯4的周向方向上具有彼此相反的磁化方向。

图15B表示了图15A的磁阻型旋转电机的变型。在这一旋转电机中，在转子铁芯的间极部分中形成扇形空腔8。空间5a的形状被改变为矩形，以便不与空腔8冲突。

上面提及的磁阻型旋转电机按照下述说明运转。

图16表示了在所谓的“无负载状态”下，转子3中的磁通分布，在该“无负载状态”下，没有电流在电构绕组中流动，以致来自绕组

2的磁通量不进入转子3。一般在嵌有永磁体6的转子结构中，由于永磁体6自身产生的磁通量ma的缘故，无负载状态下，短路电流在电枢绕组2中流动，以致对转子3施加制动力。但是，由于本实施例的转子3采用了使一部分铁芯位于各个永磁体6的外部的结构，因此如图16中所示，磁通量ma形成围绕各个永磁体6的封闭回路。从而使无负载状态下电枢绕组2中产生的感应电压为零。于是，没有制动力施加在转子3上，以致能够保持转子3的稳定旋转。注意，为了防止在电枢绕组2中产生感应电压，我们，发明人等发现根据我们的实验，最好调节嵌入的永磁体6的位置，换句话说，调节间极周向端部处的铁芯部分7(即空间5a与间极圆周之间的铁芯部分)的径向厚度，以便在“零”电流条件下，至少与电枢绕组2互连的永磁体6的磁通量密度在空隙17处变得小于或等于0.1T。

而图17表示了加载状态下转子3中的磁通分布。这种情况下，由于电流在电枢绕组中流动，磁通量d由d轴电枢电流产生。磁通量d不仅含有在作为磁通回路的转子铁芯4的磁极中流动的主磁通，而且还含有通过间极圆周上的铁芯部分从磁极到达相邻磁极的漏磁通。由于漏磁通及来自永磁体6的磁通量ma，间极的圆周边缘处的铁芯部分(磁性部分7)磁饱和。于是，该磁饱和使来自永磁体6的磁通量ma难以通过铁芯部分7，以致该磁通量ma与相邻永磁体6的磁通量相结合，从而形成穿过间极用于定子1的磁通量mb，如图17中虚线表示的一样。由于磁通量mb从定子1流到转子3的间极，并最终与电枢绕组2互连，因此能够改善功率输出及功率因数。

图18表示了沿着间极的中心轴方向的磁通量q，它起源于q轴电枢电流。相邻磁极之间的磁通量q确实确定了从间极两侧的永磁体6之间通过，到达转子中心附近，并再次从永磁体6之间通过的磁通回路。但是，由于从永磁体6到定子1的磁通量m的作用，及空隙17的磁阻的增大，q轴电枢电流产生的磁通量q被降低。

即，由于上面提及的永磁体6的磁化方向，磁通量m确定了首先穿过转子3的各个磁极，其次经过空隙17从间极的铁芯部分进入定子1，并最终返回对向永磁体6的磁通回路。此外，由于永磁体6的磁通量m分布在与磁通量q相反的方向上，因此永磁体6的磁通量m排斥将进入间极的磁通量q。另外，由于间极周围的空隙17中永磁体6的磁通量q，由电枢电流产生的“空隙”磁通密度被减小，以致间极周围的空隙17中的磁通密度与磁极周围的空隙17中的磁通密度之差进一步增大。这意味着本实施例的旋转电机相对于转子3的位置，具有在“空隙”磁通密度方面的巨大变化，从而增大了磁能方面的变化。因此依靠空隙磁通密度方面的不均匀性，该旋转电机能够产生大的功率输出。

如上所述，当无负载或稍微加载时，由于本实施例的旋转电机能够减小永磁体6与电枢绕组2的交链磁通，因此能够降低感应电流，从而能够减少铁芯损耗。于是，当电机无负载或者轻微加载时，能够实现高效运转。此外，由于每个永磁体6的磁通量m封闭在转子铁芯中，因此也能够防止永磁体去磁化。由于永磁体6感应产生的电压非常低，因此旋转电机能够以各种各样的可变速度运转。

此外，即使在转子旋转过程中，在电枢绕组、变换器等中发生电短路，由于感应电压基本上等于零，因此短路电流不流动。于是，虽然短路，仍能够防止产生过大的制动力，及防止电枢绕组损坏。

另外在本实施例中，由于矩形永磁体6沿转子铁芯4的轴向方向(叠层片的轴向方向)嵌入，因此能够改善转子3的强度。

上面的实施例中，虽然在留下空间5a的同时，用永磁体6填充空腔5，但是，在本实施例的变型中，也可在留下的空腔5a中嵌入非磁性材料19。另外在变型中，可预料到与本实施例相类似的效果。

[第16实施例]

图20是根据本发明第16实施例的磁阻型旋转电机沿电机转子的径向方向的横截面图。与上面提到的实施例相似，电机包括具有4个磁极的电枢绕组2的定子1，及安放在定子1中的转子3。转子3在其中心具有与转子铁芯4啮合的转子轴30。转子铁芯4由诸如称为“S45C”的软钢之类的磁性材料圆柱件，或者由圆形硅钢片叠层件构成。沿着转子铁芯4中相应磁极轴的方向，间隔磁极宽度的距离形成空腔5，每个空腔5具有矩形横截面。利用，例如粘结剂把矩形永磁体6，例如Nd-Fe-B类磁体牢固地嵌入空腔5中。即，根据本实施例，由于在转子3中，4个磁极4a呈十字形，以这样的方式布置永磁体6，以便在之间放入各个磁极4a。注意，尽管与包括本实施例在内的随后一些实施例相同，转子轴30被插入转子铁芯4中，但是在变型实施例中，转子3可由粘结层叠的圆形铁芯片形成，各个圆形铁芯片不具有用于转子轴30的中心开孔。

每个永磁体6沿着垂直于磁极轴的方向被磁化。此外，永磁体6被布置成来自永磁体6的磁通量抵抗流入扇形间极4b区域中的电枢绕组2的漏磁通。具体地说，一个磁极4a两侧的永磁体6在磁化方向上彼此相同，并且分别在垂直于该磁极的方向上被磁化。另外，每个间极4b两侧的永磁体6在转子铁芯4的周向方向上具有彼此相反的磁化方向。

在放入相对的永磁体6之间的各个磁极4a的外表面附近，沿着转子的轴向方向把多个(例如5个)具有等腰扇形横截面的条棒20嵌入转子铁芯4中，使它们的尖峰朝向外侧。深槽条棒20由导电的磁性材料，例如添加铝的铁，添加硅的铁等制成，并被改造，以便通过中间物，例如图中未表示的导电片在转子3的两个轴向端部相互传导。各个条棒20的截面轮廓可以是矩形。或者也可以是椭圆形。

磁性条棒20按如下所述起作用。在旋转电机开始运转时，电枢绕组2的磁通量产生的感应电流在条棒20中流动，以致在转子3中产生起动转矩，使旋转电机独立起动。注意，类似于铁芯4，由于各个磁性条棒20由磁性材料构成，对流过磁极4a的磁通(主磁通)没有影响。

此外，根据本发明的这一实施例，在嵌入各个磁极4a中的一组磁性条棒20的两侧的铁芯部分中形成一对截面为圆形的小孔21，小孔21沿转子3径向方向位于永磁体6的外侧。由于提供了小孔21，磁极4a与间极4b之间的每个边界非常清楚，足以阻断磁路，以便在每个间极4b中磁阻被进一步增大。于是，磁极4a与间极4b之间的磁能变化增大，从而产生大的转矩。

[第17实施例]

图21是根据本发明第17实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。

根据本实施例，第16实施例中用于各个永磁体6的空腔5及外部空腔8两者可由一个矩形空腔9代替，永磁体6被这样布置，使其纵向端部邻接空腔9的内端部。

本实施例的转子3的运转类似于第16实施例的转子。即，由于在每个空腔5中留有空腔部分，磁极4a与间极4b之间的边界非常清楚，足以阻断磁路。注意，由于本实施例中只使用一个空腔来代替用于永磁体的空腔5及第16实施例的空腔8，因此和实施例16相比，能够减少加工工序的数目，从而节约生产成本。

[第18实施例]

图22是根据本发明第18实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。根据本实施例，虽然转子3看起来象第16实施例的转子3，不过沿着转子3的外表面，在间极4b中嵌入了多个具有圆形截面的导电棒23。每个导电棒23由，例如铜、铝等，即非磁性材料制成。这样，在电机起动时，感应电流也在间极4b的外表面附近流动。于是，可改善电机的自动起动性能。此外，由于导电棒的非磁性，和第16及第17实施例相比，间极4b中的磁阻进一步增大，从而磁极4a与间极4b之间的磁能变化也进一步增大，改善了旋转电机的输出功率。

[第19实施例]

图23是根据本发明第19实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。根据本实施例，在图21的转子3的间极4b的圆周上嵌入多个非磁性导电棒23。本实施例的旋转电机的运转与第18实施例相似。

[第20实施例]

图24是根据本发明第20实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。根据本实施例，在图22的空腔21中插入多个具有圆形截面的非磁性导电棒24。于是，明确了磁极4a与间极4b之间的边界，从而磁极4a与间极4b之间磁能方面的变化进一步增大，提高了电机的功率输出。

[第21实施例]

图25是根据本发明第21实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。除了具有位于间极4b中的四个扇形空腔25的转子铁芯4的构造外，本实施例类似于图20的实施例。于是，借助永磁体6及空腔25两者的高磁阻的作用，沿间极轴方向的磁通量降低，以致磁极4a与间极4b之间磁能方面的变化进一步增大，从而提供了电机的功率输出。

[第22实施例]

图26是根据本发明第22实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。除了也具有位于间极4b中的四个扇形空腔25的转子铁芯4的构造外，本实施例类似于图21的实施例。本实施例的电机的运转类似于第21实施例。

注意，就图22、23及24的非磁性导电棒23来说，在这些实施例的变型中，非磁性导电棒23的形状可以是矩形，也可以是三角形。

[第23-25实施例]

图27-29分别是根据本发明第23-25实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。和那些实施例相同，类似于第21实施例，分别在图22-24的转子4中形成扇形空腔25。除了间极4b的磁阻由空腔25增大之外，这些实施例的转子3的运转与第18-20实施例的转子3的运转相同。

[第26实施例]

图30是根据本发明第26实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。在第25实施例的这一变型中，在转子3的整个圆周上间隔一定的距离布置截面相同的空腔21。磁极4a中的那些空腔21中填充沿转子3的轴向方向延伸的磁性导电棒27，而间极4b中的那些空腔21中填充沿转子3的轴向方向延伸的非磁性导电棒24。于是，由于在转子3的圆周上设置了外形相同的导电棒24、27，电机起动时，由来自电枢绕组2的磁通量产生的在导电棒24、27中流动的感应电流，允许电机独立起动。

[第27实施例]

图31是根据本发明第27实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。本实施例类似于第26实施例。即，根据本实施例，通过从第26实施例的转子3上除去磁极4a中的空腔21，转子3不具备导磁性。另外，在本实施例的转子3中，在电机起动时，大的感应电流在导电棒24中流动，从而可确保电机自动起动。

同时，和在间极4b中形成空腔25的第21-26实施例相同，当电机高速旋转时，由于离心力的作用，转子3的相应桥接部分(即，间极4b的圆周部分)具有向外变形的可能性。

图32-35表示了为防止由于电机高速旋转而导致转子3变形，而提供的各种转子铁芯4的相应横截面。在下面的实施例中，图32-35的各个转子铁芯可放置在转子铁芯组件的两个轴向端部，也可插入转子组件的轴向中间位置，该转子铁芯组件可通过层叠若干，例如如图30中所示的圆片获得。

[第28实施例]

图32表示了作为根据第28实施例的转子的组成部分的转子铁芯片4A。为了提供转子铁芯片4A，从图30的转子铁芯4中除去扇形空腔25，从而除了安放永磁体6的空腔外，所完成的转子铁芯片4A没有空腔。于是，在铁芯片4A被布置在转子的两个轴向端部，或者一个或多个铁芯片4A被插入转子中的转子铁芯4中，由于转子的间极4b被增强，当电机高速旋转时，能够抵抗离心力。

[第29实施例]

图33表示了作为根据第29实施例的转子的组成部分的转子铁芯片4B。根据本实施例，在每个间极4b中，铁芯片4B具有比图30的空腔30稍小的空腔28。于是，在铁芯片4B被布置在转子的两个轴向端部，或者一个或多个铁芯片4A被插入转子中的转子铁芯4中，转子的间极4b被增强。

[第30实施例]

图34表示了作为根据第30实施例的转子的组成部分的转子铁芯片4C。虽然本实施例在导电棒的安排方面类似于图30的实施例，不过前者与后者的区别在于在各个间极4b中，铁芯片4C具有一个沿转子径向方向向外延伸的桥接件29。组装中，一个或多个铁芯片4C被插入通过层叠若干图30的转子铁芯4得到的转子中，以便增强转子的间极4b。

[第31实施例]

图35表示了作为根据第31实施例的转子的组成部分的转子铁芯片4D。虽然本实施例在转子结构方面类似于图31的实施例，不过前一实施例与后一实施例的区别在于在各个间极4b内，铁芯片4D也具有一个沿转子径向方向向外延伸的桥接件29。组装中，一个或多个铁芯片4D被插入通过层叠若干图31的转子铁芯4得到的转子中，以便增强转子的间极4b。

[第32实施例]

图36是根据本发明第32实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。根据本实施例，转子3具有形成于间极4b中的空腔25，并且在转子3的整个圆周面上覆盖导电材料圆柱构件30。圆柱构件30的材料可以是非磁性材料，例如铜、铝等等。或者圆柱构件30可由具有良好导电性的磁性材料制成。

于是，当电机起动时，沿着圆柱构件30的轴向方向流动的感应电流产生起动转矩，允许转子3自动起动。注意，和在转子铁芯中嵌入许多导电棒的实施例相比，由于采用了圆柱导电构件30的本实施例的转子3的组件数目被减少，可改善转子的机械强度，同时简化了电机的制造。

注意，作为具有良好导电性的材料，Cu-Fe合金适于制造圆柱构件30。另外，当圆柱件的厚度被确定为外皮厚度(外皮厚度可由导磁率及导磁率确定)的1～4倍时，能够增大转子的起动转矩，并降低使电机同步时的空转，从而可特别简化电机的同步牵引。

[第33实施例]

图37是根据本发明第33实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。根据本实施例，转子由沿着磁极轴延伸的十字形铁芯31组成，同时考虑到把钢板冲压成铁芯片提高了产品的屈服点，除去了间极的相应连接部分(桥接部分)。在旋转铁芯31中，每个磁极31a具有以燕尾形式形成的前端。而导电材料圆柱件32在其内表面上设置有用于与转子铁芯31的燕尾端啮合的燕尾槽。借助该啮合，这样构成的圆柱件32装配上转子铁芯31。这样，前面提及的转子3的空腔25由十字形转子铁芯31及围绕铁芯31的圆柱件32确定。本实施例的电机的运转类似于第32实施例。此外，由于铁芯的结构，提高了材料的效率，因此可降低制造成本。由于借助燕尾端与燕尾槽的啮合，转子铁芯31牢固地与圆柱件32装配在一起，因此即使转子高速旋转，也不会发生滑动，从而可提高转子的强度。注意，就导电构件30、32的磁性来说，最好用非磁性材料制成导电构件30、32，以便增大间极4b的磁阻，降低间极轴方向的磁通量。或者构件30、32也可由具有良好导电性的磁性材料制成。

在采用导电性良好的材料的情况下，类似于第32实施例，当圆柱件的厚度被确定为外皮厚度(外皮厚度可由导磁率及导磁率确定)的1～4倍时，则能够增大转子的起动转矩，并降低使电机同步时的空转，从而可特别简化电机的同步牵引。

[第34实施例]

图38是根据本发明第34实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。在第33实施例的这一变型中，导体由接连磁极4a的外表面的4个弯曲的壳层构件33组成。每个壳层构件33重叠在间极4b上，并借助燕尾槽与构件33的燕尾突起之间的啮合与间极4b结合，间极4b沿转子3径向方向布置在磁极4a前端内部。根据本实施例，由于间极4b上覆盖壳层构件33，电机起动时，感应电流在间极4b中流动，使电机能够自动起动。此外，由于每个壳层构件33被改造，以接续磁极4a的外表面，以便形成圆形截面的转子3，因此能够减小空气阻力(风阻)，从而可改进旋转效率。

[第35实施例]

图39是根据本发明第35实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。根据本实施例，在转子3的每个空腔25中，类似于第34实施例的壳层构件33的导电壳层构件34被固定在转子铁芯4上。运转过程中，在电机起动时，感应电流在位于间极4b较外侧的壳层构件34中流动，使电机能够自动起动。

[第36实施例]

图40是根据本发明第36实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图，本实施例类似于第33及34实施例。根据本实施例，从图38的转子3上除去间极4b，以致形成的转子铁芯4的截面为十字形。此外，各个磁极4a的周向端部呈钩形，用于和导电壳层构件35的周向端部啮合。由于磁极4a的这种构造，即使转子3的离心力施加在构件35上，也可防止构件35脱离转子3。这样，本实施例的每个导电壳层构件35在间极构成转子3的一部分。操作中，在电机起动时，感应电流在壳层构件35中流动，使电机能够自动起动。此外，由于每个壳层构件35被改造，以接续磁极4a的外表面，因此能够减小空气阻力(风阻)，从而可改进旋转效率。

虽然本实施例中壳层构件35相互分离，不过在变型实施例中，它们可由图41的圆柱形构件37代替，各个构件35通过环形部分36相互连接。

[第37实施例]

图42是根据本发明第37实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。类似于第1实施例，本磁阻型旋转电机包括具有4磁极的电枢绕组2的定子1，及安放在定子1中的转子3。

本实施例的特征在于一个圆柱形导电构件38覆盖转了铁芯4的整个圆周。如图43中所示，沿着周向方向，圆柱形导电构件38具有均沿构件38的轴向方向延伸的多个狭长切口38a。

由于狭长切口38a的形成，电机起动时感应电流流动，同时确定一个沿着转子的轴向及周向方向的长回路，如图43中箭头A所示。于是，增强了电枢绕组与转子之间的磁耦合，为转子提供更大的起动转矩，使转子3能够自动起动。

注意，本实施例的圆柱形构件38由于结构简单，因此易于制造，同时能够确保具有足够的机械强度。此外，由于构件38使转子3的圆周变得平滑，因此能够减小空气阻力(风阻)，从而可改进旋转效率。

具有良好导电性的材料，例如含铝的铁，含硅的铁，Cu-Fe合金等可用作构件38的材料。这种情况下，当圆柱形构件38的厚度被确定为外皮厚度(外皮厚度可由导磁率及导磁率确定)的1～4倍时，则能够增大转子的起动转矩，并降低使电机同步时的空转，从而可特别简化电机的同步牵引。或者，如果构件38由类似于铁芯4的磁性材料制成，则不会影响流过磁极4a的磁通(主磁通)。

[第38实施例]

图44是根据本发明第38实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。本实施例的磁阻型旋转电机与第38实施例的区别在于在各个间极上，转子设置有空腔25。其它结构类似于第38实施例，包括圆柱形构件38。

根据本实施例，由于借助起因于永磁体6及空腔25的磁阻的作用，间极轴方向的磁通被减少，因此磁极4a与间极4b之间的磁能变化被进一步扩大，从而提高了电机的功率输出。

[第39实施例]

图45是根据本发明第39实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。本实施例的磁阻型旋转电机与第39实施例的区别在于转子铁芯4的构形不同。类似于图37的实施例，转子3由沿磁极轴方向延伸的十字形铁芯31组成，同时考虑到把钢板冲压成铁芯片提高了产品的屈服点，除去了间极的相应连接部分(桥接部分)。于是，每个磁极31a的前端呈燕尾形，而圆柱形构件38布置在转子铁芯4的外面，其上设置有用于与转子铁芯31的燕尾端啮合的燕尾槽。

类似于第37及38实施例，圆柱形构件38由具有沿构件38周向方向布置的多个狭长切口38a的导电构件组成，如图43中所示。空腔25由该圆柱形构件38及十字形铁芯31确定。

圆柱形构件38的作用和第37及38实施例的构件38的作用完全相同。此外，由于铁芯的结构，提高了材料的效率，因此可降低制造成本。由于借助燕尾端与燕尾槽的啮合，转子铁芯31牢固地与圆柱件32装配在一起，因此即使转子高速旋转，也不会发生滑动，从而可提高转子的强度。

注意，在采用导电性良好的材料用于圆柱形构件38的情况下，并且当圆柱形构件的厚度被确定为外皮厚度(外皮厚度可由导磁率及导磁率确定)的1～4倍时，则能够增大转子的起动转矩，并降低使电机同步时的空转，从而可特别简化电机的同步牵引。

不过，和第37-39实施例相同，圆柱形构件38可由非磁性材料制成，以提高间极4b的磁阻，从而降低间极轴方向的磁通量。

[第40实施例]

图46A是根据本发明第40实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。在第39实施例的变形中，转子3的导体由4个弯曲的壳层构件39组成，沿周向方向，每个壳层构件39上设置有多个图46B的狭长切口39a。每个壳层构件39重叠在间极4b上，并借助燕尾槽与构件39的燕尾突起之间的啮合与间极4b结合，间极4b沿转子3径向方向布置在磁极4a前端内部。根据本实施例，由于间极4b上覆盖壳层构件39，电机起动时，感应电流在间极4b中流动，使电机能够自动起动。此外，由于每个壳层构件39被改造，以接续磁极4a的外表面，以便形成圆形截面的转子3，因此能够减小空气阻力(风阻)，从而可改进旋转效率。

此外，根据本实施例，壳层构件39由具有良好导电性的非磁性材料，例如铜、铝等制成。于是当电机运转时，感应电流也在转子3的间极4b外表面附近流动，改善了电机的自动起动性能。同时，由于壳层构件39的非磁性，间极4b中的磁阻进一步增大，磁极4a与间极4b之间的磁能变化进一步增大，从而提高了电机的功率输出。

[第41实施例]

图47是根据本发明第41实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图。根据本实施例，转子3的导体由4个弯曲的壳层构件40组成，沿转子3b的周向方向，每个壳层构件配有一个以上的狭长切口39a。每个壳层构件40被固定在转子3的每个空腔25的外侧。

于是，由于电机起动时，长回路的感应电流在布置在间极4b相对外部的壳层构件40中流动，使电机的自动起动容易。

[第42实施例]

图48A是根据本发明第42实施例的磁阻型旋转电机的转子3的横截面图，本实施例类似于第40及41实施例。

根据本实施例，从图46A的转子3上除去间极4b，以致形成的转子铁芯4的截面为十字形。此外，各个磁极4a的周向端部呈钩形，用于和导电壳层构件41的周向端部啮合。由于磁极4a的这种构造，即使转子3的离心力施加在构件41上，也可防止构件41脱离转子3。

另外，由于在每个构件41的两个轴向端部，壳层构件41通过环形部分41b、41c相互连接，能够形成沿转子铁芯4的轴向方向延伸，并且沿转子3的周向方向并列的长回路狭长切41a。同时，壳层构件41与磁极4a的外表面平滑连接。

于是，本实施例的转子铁芯4能够获得类似于实施例45的效果。此外，由于每个壳层构件41被改造，以接续磁极4a的外表面，因此能够减小空气阻力(风阻)，从而可改进旋转效率。此外，当电机起动时，长回路的感应电流在壳层构件41中流动，从而使电机的自动起动容易。

注意，虽然本实施例中，4个壳层构件41通过环形部分41b及41c彼此连接，从而构成单个圆柱形导电构件，不过类似于第40及41实施例，在第42实施例的变型中，可除去环形部分41b，41c，使壳层构件41互相分离。

和第37-42实施例相同，由于转子铁芯4外部的导体具有在转子铁芯的圆柱形部分上形成的多个狭长切口，所述多个狭长切口沿转子的周向方向排列，以致均沿转子的轴向方向延伸，于是电机起动时，在沿转子的轴向方向形成长回路的同时，感应电流流动，从而电枢绕组与转子之间的磁耦合被极大的增强，足以为电机提供起动转矩。

[第43实施例]

图49是根据本发明第43实施例的磁阻型旋转电机沿电机转子的径向方向的横截面图。类似于前面提及的实施例，本实施例的电机包括配有电枢绕组2的定子1，及安放在定子1中的转子3。

根据本实施例，转子3由具有十字形截面的转子铁芯4及紧靠转子铁芯4的环形构件42。

转子铁芯4由通过把磁性材料钢板(例如软钢S45C，硅钢)冲压(或线切割)成十字形得到的若干钢板的迭片结构构成，具有沿转子3的径向方向向外伸出的磁极4a，及沿转子3的周向方向分别放入相邻磁极4a之间的间极4b(非磁性空间)。而由和转子铁芯4的磁性材料相同的材料制成的环形构件42以圆柱形构件的形式构成，该圆柱形构件具有厚度为T的环形部分，并且也沿着转子铁芯4的轴向方向延伸(即垂直于图面的方向)。

为了和转子铁芯4结合，利用收缩连接件，压力连接件等把环形构件42紧密地固定在磁极4a的圆周面上。这样，在转子的运转过程中，转子铁芯4与环形构件42之间不存在滑动。注意，规定环形构件42的径向厚度T小于图54的早期转子50的桥接部分51的厚度t(T＜t)。其原因是环形构件42是整体形成的，于是夹持在这种构件42中的转子铁芯4可具有其强度分别比早期转子的那些间极高的间极4b(及它们的邻近部分)，该早期转子具有厚度与构件42相同的桥接部分。换句话说，当要求对转子的每个极间确保一定的强度时，和为同样要求而提供的早期转子(参见图54)的厚度t相比，本实施例的转子3能够减小环形构件42的厚度T。

转子3及具有转子3的磁阻型旋转电机按照下述说明运转。

图50表示了沿着转子铁芯4磁极轴的d轴方向上的磁通量φd。如图中所示，由于磁通量φd在作为磁通回路的磁极4a的转子铁芯4中流动，而该磁通回路的磁阻非常小，因此本实施例的旋转电机具有磁通量易于流动的结构。同时，由于环形构件42的厚度T小于桥接部分51(图54)的厚度t，因此和通过桥接部分51的漏磁通相比，能够通过构件42的漏磁通的量。

图51表示了由q轴电枢电流引起的，沿着径向轴方向通过间极4b中心的磁通量φq。虽然磁通量φq部分形成穿过间极4b的磁通回路，不过磁通量φq几乎形成通过构件42，随后沿转子3的径向方向流出相邻间极4b的磁通回路。虽然本实施例的转子3的这种磁通分布类似于常规转子50的磁通分布，不过由于T＜t，流过环形构件42的磁通量小于流过转子50的桥接部分51的磁通量，同时间极4b的磁阻增大。这样，由于因提供了减薄的环形构件42，相对于转子3的位置产生了大的磁性不均衡，所得到的磁能显著改变，从而产生大的电机功率输出。

此外，本实施例的转子3由其上覆盖环形构件42的不均匀转子铁芯4一体构成，因此对于相同的要求，和早期的转子相比，可使环形构件42的厚度更小。

就环形构件42的材料来说，和环形构件使用与转子铁芯4相同的材料的情况相比，使用和构成转子铁芯4的材料相比，其饱和磁通密度较小材料会导致q轴方向的磁通难以在构件42中流动。这种情况下，通过环形构件42的漏磁通也会在d轴方向的磁通中被减少，从而增大了主磁通的量，因此能够提高电机的功率输出。

[第44实施例]

图52是根据本发明第44实施例的转子沿转子的径向方向的横截面图。根据本发明，转子3的特征在于，例如Nd-Fe-B永磁体6沿周向方向布置在转子铁芯4的每个磁极4a的两侧。注意，关于环形构件42的布置，本实施例类似于第43实施例。

永磁体6沿垂直于由箭头A所示的磁极轴的方向被磁化，并被磁化成排斥进入间极4b的电枢绕组2的q轴磁通。换句话说，其间插入各个磁极4a的对向永磁体6在磁化方向上彼此相同，垂直于该磁极4a。而每个间极4b两侧的对向永磁体的磁化方向彼此不同，均位于转子3的周向方向上，并且每个间极4b两侧的对向永磁体被布置成使来自永磁体6的磁通量沿径向方向在间极4b中流动。按照本实施例的转子3，由于除了环形构件42的作用外，永磁体6的磁通量还对抗q轴磁通量，因此间极4b中的磁阻进一步增大，从而提高了电机的功率输出。

同时，本实施例的磁阻型旋转电机在制造方法方面也优于常规的磁阻型旋转电机。

图53A-53D表示了制造图52的转子的一个例子。注意，在该制造方法中，永磁体6由导磁体磁化。即，根据该制造方法，首先使已切割成十字形的若干磁性片相互层叠并被固定，以便制备具有磁极4a及间极4b的转子铁芯4(参见图53A)。

其次，在磁化永磁体6之前，利用粘结剂把永磁体6粘贴在各个磁极4a的两侧面上(参见图53B)。

接下来，如图53C中所示，把带有永磁体6的转子铁芯4放入导磁体60中，随后按顺序磁化永磁体6，以便具有上面提到的磁化方向。在所有永磁体6都被磁化之后，从导磁体60中取出转子铁芯4，之后利用收缩连接件、压力连接件等把环形构件42装配到转子铁芯4上，从而完成转子3(参见图53D)。

这样，由于转子3包括作为一个组成部分的十字形转子铁芯4，因此能够容易地把预磁化磁体6安装在磁极4a上。另外，由于这样安装的永磁体6暴露在转子铁芯4上，因此能够容易地把具有永磁体6的转子铁芯4放入导磁体60中。

在上述方法的变型中，事先磁化的永磁体6可安装在转子铁芯4的磁极4a的侧面上，之后，可把环形构件42装配到转子铁芯4上。这种情况下，由于转子铁芯4的构形，能够容易把磁化的磁体6插入铁芯4中，从而简化了完成转子3的装配操作。

此外，在该方法变型中，考虑到简单地减小转子3的风阻，环形构件42可由非磁性材料构成。

最后，本领域的技术人员将明白上面的说明是旋转电机的最佳实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可用出各种变化及修改。

Claims

1.一种磁阻型旋转电机，包括：

具有电枢绕组的定子；

具有转子铁芯的转子，在转子的圆周方向上具有磁性不均衡性；

布置在转子铁芯中的多个永磁体，每个永磁体具有一个磁化方向，并且所述多个永磁体中的多个选定永磁体的磁化方向与相邻于所述选定永磁体的永磁体的磁化方向相反，以产生交替的磁极和磁间极并提供磁性不均衡性；

其中位于磁极之间的磁间极处的、沿转子径向的电枢电流磁通量与所述永磁体的磁通量相互抵消，使得位于磁极之间的磁间极处的、沿转子径向的复合交链磁通量为0；以及

其中所述转子铁芯包括一个圆周磁性部分，使得当电枢绕组不被激励时，多于30％的永磁体磁通量分布在转子中，以及当电机被加载时，永磁体的交链磁通大于由电枢电流磁通量和永磁体的磁通量组成的复合交链磁通量的10％。

2.一种磁阻型旋转电机，包括：

具有电枢绕组的定子；

其中在转子铁芯中确保一个磁性部分，以便当电枢绕组不被激励时，多于80％的永磁体磁通量分布在转子中，以及当电机被加载时，永磁体的交链磁通量大于由电枢电流磁通量和永磁体的磁通量组成的复合交链磁通的5％。

3.一种磁阻型旋转电机，包括：

具有电枢绕组的定子；

其中，在位于所述转子铁芯和所述定子之间的空隙处的永磁体磁通量中，永磁体的磁通密度的基波中的最大值为0.2～0.6T。

4.按照权利要求1所述的磁阻型旋转电机，其中永磁体的磁化方向和转子的圆周方向相同。

5.按照权利要求4所述的磁阻型旋转电机，其中转子在相邻的磁极之间具有第一非磁性部分。

6.按照权利要求5所述的磁阻型旋转电机，其中每个磁极的宽度为一个极距的0.3～0.5倍，所述极距对应于从一个磁极的中心到相邻磁极的中心的圆周距离。

7.按照权利要求6所述的磁阻型旋转电机，其中转子使每个磁性部分形成在相邻磁极之间的圆周上，用于磁性连接相邻磁极。

8.按照权利要求7所述的磁阻型旋转电机，其中转子在每个永磁体的内侧端部具有第二非磁性部分，用于减少沿径向方向通过各永磁体的内侧部分而泻露的磁通量。

9.按照权利要求8所述的磁阻型旋转电机，其中就转子铁芯与定子之间的空隙而言，位于相邻磁极之间的间极的外侧空隙径向长度大于磁极外侧的空隙径向长度。

10.按照权利要求9所述的磁阻型旋转电机，其中在产生磁通量的、相邻磁极之间沿中心轴方向上的电枢电流分量最大的情况下，源由相邻磁极之间在中心轴方向上的电枢电流分量产生的磁通量与永磁体的磁通量相互抵消，以使中心轴方向上的复合磁通量为零。

11.按照权利要求5所述的磁阻型旋转电机，其中永磁体被布置在相邻磁极之间，并且磁极之间的第一非磁性部分由导电材料形成。

12.按照权利要求10所述的磁阻型旋转电机，其中所述转子在其圆周上还形成有多个沿转子的轴向方向延伸的导电构件。

13.按照权利要求12所述的磁阻型旋转电机，还包括布置在转子的各个轴向端部上的一对磁性端环。

14.一种磁阻型旋转电机，包括：

具有电枢绕组的定子；

其中相邻磁极之间的每个间极的外表面相对于转子径向方向上的磁极的外表面凹陷。

15.按照权利要求14所述的磁阻型旋转电机，其中每个永磁体被布置成使转子铁芯的一部分位于转子径向方向上的永磁体外端部与转子的外圆周之间。

16.按照权利要求15所述的磁阻型旋转电机，其中位于永磁体的外端部与转子的外圆周之间的部分具有通过电枢磁通量而磁饱和的径向厚度。

17.按照权利要求15所述的磁阻型旋转电机，其中位于永磁体外端部与转子外圆周之间的部分的径向厚度小于位于间极空腔的外周中央与所述转子外圆周之间的部分的径向厚度。

18.按照权利要求15所述的磁阻型旋转电机，其中位于永磁体外端部与转子外圆周之间的部分的径向厚度被设置为在电枢绕组中没有电流流动时，使与电枢绕组交链的永磁体磁通量的空隙磁通密度等于或小于0.1T，所述空隙位于所述转子铁芯和所述定子之间

19.按照权利要求15所述的磁阻型旋转电机，其中每个永磁体被布置成除了转子铁芯的部分之外，在永磁体外端部与转子外圆周之间形成一个空间。

20.按照权利要求19所述的磁阻型旋转电机，其中用非磁性材料填充所述空间。

21.按照权利要求19所述的磁阻型旋转电机，其中在转子铁芯的每个间极部分中形成一个空腔。

22.一种磁阻型旋转电机，包括：

具有电枢绕组的定子；

具有转子铁芯的转子，在转子的圆周方向上具有磁性不均衡性，并在转子中顺序形成磁极和间极；

布置在转子铁芯的圆周部分上的导体，用于在该导体中产生感应电流。

23.按照权利要求22所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体由多个磁性棒组成，所述磁性棒被嵌入在转子铁芯的每个磁极的外表面附近，以便沿转子的轴向方向延伸。

24.按照权利要求23所述的磁阻型旋转电机，其中转子沿转子径向方向在位于永磁体外侧的各个铁芯部分中形成空腔。

25.按照权利要求24所述的磁阻型旋转电机，其中转子铁芯在每个间极的外表面附近配有多个沿转子轴向方向延伸并在其中产生感应电流的非磁性导体棒。

26.按照权利要求25所述的磁阻型旋转电机，其中利用多个沿转子轴向方向延伸且在其中产生感应电流的非磁性导体棒填充转子的空腔。

27.按照权利要求22所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体包括多个嵌入在转子铁芯的每个磁极的外表面附近以便沿转子的轴向方向延伸的深槽磁性棒，以及多个嵌入在转子铁芯的每个间极的外表面附近以便沿转子的轴向方向延伸的非磁性棒。

28.按照权利要求22所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体由多个嵌入在转子铁芯的每个间极的外表面附近以便沿转子的轴向方向延伸的非磁性棒组成。

29.按照权利要求22所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体被设置成覆盖转子铁芯的一个外表面。

30.按照权利要求29所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体为圆柱形，以便覆盖转子铁芯的整个外表面。

31.按照权利要求29所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体由多个与磁极的外表面相连以覆盖间极的壳层构件构成。

32.按照权利要求22所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体被布置在转子铁芯的每个间极的外表面附近，并沿着转子的圆周方向弯曲。

33.按照权利要求22所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体具有多个形成于转子铁芯的柱面部分上并沿转子的圆周方向布置的狭长切口。

34.按照权利要求33所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体被形成为覆盖转子铁芯的外表面。

35.按照权利要求34所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体为圆柱形，以便覆盖转子铁芯的整个外表面。

36.按照权利要求35所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体由多个与磁极的外表面相连以覆盖间极的壳层构件构成。

37.按照权利要求33所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体被布置在转子铁芯的每个间极的外表面附近，并沿着转子的圆周方向弯曲。

38.按照权利要求34所述的磁阻型旋转电机，其中所述导体由导电性磁性材料制成。