CN102893499A - 电旋转机器的转子 - Google Patents

Abstract

由所公开的转子产生的磁通势的波形包括多个部分，所述多个部分中的每一个与该转子所具有的多个磁极中的一个相对应。当沿着转子芯的轴向方向观察时，将转子芯的外表面限定为0基准线，则每个部分具有两条斜线并且具有连接线，每条斜线均从0基准线相对于转子芯的径向方向倾斜，连接线沿转子芯的周向方向连接两条斜线。所公开的转子构造成使得Slope＝k/n(其中k为任意的自然数)，其中连接线的周向宽度为2π·Duty，斜线的周向宽度为2π·Slope，每条斜线的径向高度为B，磁通势的谐波分量的次数为n，并且第n次谐波分量的振幅为Amp₁(n)，如下式(1)所表示：(1)Amp₁(n)＝(4B/nπ)×{sin(nπ·Slope)/nπ·Slope}×sin{nπ(Duty+Slope)}。

Description

电旋转机器的转子

技术领域

本发明涉及电旋转机器的转子，该电旋转机器例如为在机动车辆中使用的电动机和发电机。

背景技术

如图11所示，常规的汽车电机10包括旋转轴11、转子14和定子18。转子14包括环形转子芯12和多个永磁体13。转子芯12通过在旋转的轴向方向上层合多个环形钢板而形成并被固定到旋转轴11的外周。此外，在转子芯12中，形成有多个通孔12a，所述多个通孔12a轴向地穿透转子芯12并且以预定的间隔沿转子芯12的周向方向布置。永磁体13被分别保持在转子芯12的通孔12a中相应的一个中。定子18包括环形定子芯17和定子线圈16。定子芯1 7具有沿着其周向方向在其径向内周表面中形成的多个槽(未示出)。定子芯17以定子芯17与转子芯12之间设置有预定间隙的方式相对于转子芯12的外周表面同轴地设置。定子线圈16缠绕在定子芯17上。

图12示出了在沿环形转子14的周向方向被分成多个节段的环形转子14中，分别与两个磁极相对应的两个相邻的转子芯节段14-1和14-2。如图12所示，永磁体13-1和13-2被嵌入在设置于转子芯12的外周的附近的通孔12a中。在图12中示出的示例中，当沿着转子芯12的轴向方向观察时，在对应于一个磁极的左侧转子芯节段14-1中，一对永磁体13-1相对于转子芯节段14-1的径向中心线L1对称地布置成以相对于径向中心线L1的预定倾斜角度彼此相对。所述一对永磁体13-1被布置成与嵌入在右侧转子芯节段14-2中的一对永磁体13-2在极性上相反。例如，所述一对永磁体13-1被布置成在径向外侧为N极而在径向内侧为S极；相邻的所述一对永磁体13-2被布置成在径向外侧为S极而在径向内侧为N极。包括该类型的转子的电机例如在专利文献1中被公开。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本未审专利申请公开No.2001-54271

发明内容

[本发明要解决的问题]

在上述常规的电机10的转子14中，由转子芯节段产生的磁通势的波形——如在图13中用虚线Amp所表示的——具有这样的波的形状：以转子14的外周表面作为0基准线，该波的形状在永磁体13-1的一些部分处以梯形的形状径向向外地突出，同时在相邻的永磁体13-2的一些部分处以梯形的形状径向向内地凹入。假定仅包括能够取出作为电机的转矩的磁通势的第一次分量的理想的情况，则磁通势的波形Amp呈以给定的间隔彼此相邻的成对的永磁体13之间的正弦波的形式。

然而，实际上，如图14(a)所示，当在从0度到360度的电气角的范围中概略性地表示磁通势的波形Amp时，90度(π/2)的位置处的振幅(为相对值，因而是无量纲的)与270度(3π/2)的位置处的振幅在相位上相反。此外，如图14(b)所示，除了振幅最大的第一次分量以外，磁通势还包括与第一次分量相比振幅逐渐减小的第三次、第五次、...以及第十九次谐波分量。因此，磁通势的波形Amp的形状变为如图15所示的梯形。

此外，在磁通势的波形Amp中，如图15所示，距离0基准线的高度等于B的连接线具有2π·Duty的宽度，连接线的中心在π/2(＝90度)的电气角处；从连接线的端部分别倾斜地延伸到0基准线的斜线具有2π·Slope的宽度。转子芯节段14-1中的与磁通势的波形Amp的部分相对应的部分的尺寸在图13中通过对与图15中相同的附图标记添加后缀Q来示出。也就是说，这些尺寸被示出为2π·DutyQ、2π·SlopeQ和KQ。

如上所述，转子14的磁通势实际上包括构成了磁通的没用的分量的谐波分量，这导致了增大转子10的铁损的问题。换言之，在不具有谐波分量的情况下效率是最高的，但效率随着谐波分量增大而降低。

本发明鉴于上述情况而做出，其目的是解决提供一种电旋转机器的转子的问题，该转子能够降低由于转子产生的磁通势的谐波分量而导致的铁损，从而提高效率。

[解决问题的手段]

本申请的发明人已经进行了各种研究和分析，以降低由于转子产生的磁动势的谐波分量而导致的铁损(在下文中，也将称作“谐波铁损”)，并且发现，通过降低磁通势的谐波分量能够降低谐波铁损。此外，发明人还已经进行了研究和分析，以确定转子的哪个部分对谐波铁损的产生造成影响，并且发现，作为仅对磁通势的谐波分量产生影响的因素，转子的表面形状的影响是最大的。基于上述发现，本申请的发明人认真地进行了研究，将注意力集中于由转子产生的磁通势的波形。因此，发明人确定了下述因素(1)-(3)，从而完成了本发明。

(1)能够通过适当地设定磁通从转子的外周表面产生的范围(弧角)来消除磁通势的任何阶次的谐波分量。

(2)能够通过适当地设定转子的表面上磁通密度快速变化的区域中的磁通变化的斜率来消除磁通势的任何阶次的谐波分量。

(3)能够通过适当地设定转子的表面上磁通密度快速变化的区域中的磁通的峰值来消除磁通势的任何阶次的谐波分量。

也就是说，权利要求1中陈述的为了解决上述问题而做出的第一项发明提供了一种电旋转机器的转子。该转子包括环形转子芯和嵌入在转子芯中的多个永磁体。通过永磁体在转子芯的外周的附近形成多个磁极。磁极以预定的间隔沿转子芯的周向方向布置，使得磁极的极性沿周向方向在N极与S极之间交替。由转子产生的磁通势的波形由与磁极分别相对应的多个部分组成。当沿着转子芯的轴向方向观察时，波形的部分从由转子芯的外周表面限定的0基准线径向向外地突出，或者从0基准线径向向内地凹入。在波形的所述部分中，径向向外地突出的部分与径向向内地凹入的部分沿所述转子芯的周向方向交替地布置。波形的部分中的每个均包括两条斜线并且包括连接线，所述两条斜线中的每条均从0基准线相对于转子芯的径向方向倾斜地延伸，该连接线沿转子芯的周向方向连接所述两条斜线。将连接线的周向宽度表示为2π·Duty，斜线的周向宽度表示为2π·Slope，斜线的径向高度表示为B，磁通势的谐波分量的次数表示为n，并且将第n次谐波分量的振幅表示为Amp₁，则满足以下关系：Slope＝k/n(这里，k为任意的自然数)。第n次谐波分量的振幅由下式(1)确定：

${\mathrm{Amp}}_1\left(n\right)=\frac{4B}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope})}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope}}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Duty}+\mathrm{Slope})\right\}...\left(1\right).$

根据权利要求1中陈述的本发明，能够通过将由转子产生的磁通势的波形的每个部分构造成满足Slope＝k/n的关系，而将磁通势的第n次谐波分量的振幅Amp₁降低至0。也就是说，由于Slope＝k/n是在式(1)中的sin(nπ·Slope)设定为零的情况下得出的，因此当满足了Slope＝k/n的关系时，磁通势的第n次谐波分量的振幅Amp₁变为0。因此，能够从由转子产生的磁通势中消除任何期望的阶次的谐波分量。例如，如果期望消除涉及谐波铁损的第五次谐波分量，则能够通过使n＝5而使Amp₁(5)＝0，从而消除第五次谐波分量。

因此，根据本发明，能够消除由转子产生的磁通势的任何阶次的谐波分量，从而减小谐波铁损以提高效率。

权利要求2中陈述的同样为了解决上述问题做出的第二发明提供了一种电旋转机器的转子。该转子包括环形转子芯和嵌入在转子芯中的多个永磁体。通过永磁体在转子芯的外周的附近形成多个磁极。磁极以预定的间隔沿转子芯的周向方向布置，使得磁极的极性沿周向方向在N极与S极之间交替。由转子产生的磁通势的波形由与磁极分别相对应的多个部分组成。当沿着转子芯的轴向方向观察时，波形的部分从由转子芯的外周表面限定的0基准线径向向外地突出，或者从0基准线径向向内地凹入。在所述波形的所述部分中，径向向外地突出的部分与径向向内地凹入的部分沿所述转子芯的周向方向交替地布置。波形的部分中的每个均包括两条斜线并且包括连接线，所述两条斜线中的每条均从0基准线相对于转子芯的径向方向倾斜地延伸，该连接线沿转子芯的周向方向连接所述两条斜线。将连接线的周向宽度表示为2π·Duty，斜线的周向宽度表示为2π·Slope，斜线的径向高度表示为B，磁通势的谐波分量的次数表示为n，并且将第n次谐波分量的振幅表示为Amp₁，则满足以下关系：Duty+Slope＝k/n(这里，k为任意的自然数)。第n次谐波分量的振幅由下式(1)确定：

${\mathrm{Amp}}_1\left(n\right)=\frac{4B}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope})}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope}}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Duty}+\mathrm{Slope})\right\}...\left(1\right).$

根据权利要求2中陈述的本发明，能够通过将由转子产生的磁通势的波形的每个部分构造成满足Duty+Slope＝k/n的关系，而将磁通势的第n次谐波分量的振幅Amp₁降低至0。也就是说，由于Duty+Slope＝k/n是在式(1)中的sin{nπ·(Duty+Slope)}设定为零的情况下得出的，因此当满足了Duty+Slope＝k/n的关系时，磁通势的第n次谐波分量的振幅Amp₁变为0。因此，能够从由转子产生的磁通势中消除任何期望的阶次的谐波分量。例如，如果期望消除涉及谐波铁损的第五次谐波分量，则能够通过使n＝5而使Amp₁(5)＝0，从而消除第五次谐波分量。

因此，根据本发明，能够消除由转子产生的磁通势的任何阶次的谐波分量，从而减小谐波铁损以提高效率。

权利要求3中陈述的本发明的特征在于：转子芯由与磁极分别相对应的多个节段组成，并且在转子芯的每个节段的外周表面中，设置有径向向内地凹入并且沿旋转的轴向方向延伸的多个槽，或者设置有径向向外地突出并且沿旋转的轴向方向延伸的多个突起。

根据权利要求3中陈述的本发明，设置在转子芯的每个节段的外周表面中的槽或突起成为磁通密度快速变化的部分；因此，能够通过适当地设定槽或突起的形状、尺寸和位置来优化磁通变化的斜率。因此，能够更有效地降低谐波铁损。

权利要求4中陈述的本发明的特征在于：在转子芯的每个节段中，槽或突起被设置在永磁体所存在的周向范围内，并且被布置在这样的位置：当沿着转子芯的轴向方向观察时，槽或突起关于由永磁体形成的相应的磁极的周向中心线对称。

根据权利要求4中陈述的本发明，由转子产生的磁通势的波形的每个部分具有关于连接线的周向中心线对称的形状；因此，能够使由转子产生的磁通势的波形接近于有利于减小谐波铁损的理想波形。

权利要求5中陈述的本发明的特征在于：在转子芯的每个节段中，槽或突起中的每个均从永磁体所存在的周向范围的一个外端朝向该范围的内侧以给定宽度形成。

根据权利要求5中陈述的本发明，在磁通从转子芯节段的外周表面产生的范围(弧角)内，能够在较宽的周向范围上设置槽或突起。

权利要求6中陈述的同样为了解决上述问题做出的第三发明提供了一种电旋转机器的转子。该转子包括环形转子芯和嵌入在转子芯中的多个永磁体。通过永磁体在转子芯的外周的附近形成多个磁极。磁极以预定的间隔沿转子芯的周向方向布置，使得磁极的极性沿周向方向在N极与S极之间交替。在转子芯的外周表面中，在每个磁极的周向中心处，设置有径向向内地凹入并且沿旋转的轴向方向延伸的槽，或者设置有径向向外地突出并且沿旋转的轴向方向延伸的突起。由转子产生的磁通势的波形由与磁极分别相对应的多个部分组成。当沿着转子芯的轴向方向观察时，波形的部分从由转子芯的外周表面限定的0基准线径向向外地突出，或者从0基准线径向向内地凹入。在所述波形的所述部分中，径向向外地突出的部分与径向向内地凹入的部分沿所述转子芯的周向方向交替地布置。波形的部分中的每个均包括两条第一斜线并且包括第一连接线，所述两条第一斜线中的每条均从0基准线相对于转子芯的径向方向倾斜地延伸，第一连接线沿所述转子芯的周向方向连接第一斜线。第一连接线包括两条第二斜线并且包括第二连接线，所述两条第二斜线中的每条均相对于转子芯的径向方向倾斜地延伸，第二连接线沿转子芯的周向方向连接第二斜线。将第一连接线的周向宽度表示为2π·Duty₁，第一斜线的周向宽度表示为2π·Slope₁，第一斜线的径向高度表示为B₁，第二连接线的周向宽度表示为2π·Duty₂，第二斜线的周向宽度表示为2π·Slope₂，第二斜线的径向高度表示为B₂，磁通势的谐波分量的次数表示为n，并且将第n次谐波分量的振幅表示为由下式(2)确定的Amp₂，则B₂满足下式(3)：

${\mathrm{Amp}}_2\left(n\right)=\frac{4B_1}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_1)}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_1}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Dut}{y}_1+\mathrm{Slop}{e}_1)\right\}$

$+\frac{{4B}_2}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·{\mathrm{Slope}}_2)}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_2}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Dut}{y}_2+{\mathrm{Slope}}_2)\right\}...\left(2\right),$

$B_2=-\frac{{\mathrm{Slope}}_2}{{\mathrm{Slope}}_1}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·{\mathrm{Slope}}_1)}{\sin (\mathrm{n\π}\·{\mathrm{Slope}}_2)}\·\frac{\sin \left\{\mathrm{n\π}({\mathrm{Duty}}_1+{\mathrm{Slope}}_1)\right\}}{\sin \left\{\mathrm{n\π}({\mathrm{Duty}}_2+{\mathrm{Slope}}_2)\right\}}\·B_1...\left(3\right).$

根据权利要求6中陈述的本发明，能够通过将由转子产生的磁通势的波形的每个部分构造成满足式(3)，而将磁通势的第n次谐波分量的振幅Amp₂降低至0。也就是说，由于式(3)是通过在式(2)中的Amp₂＝0的情况下关于B₁对B₂求解而得出的，因此当满足了式(3)的关系时，磁通势的第n次谐波分量的振幅Amp₂变为0。因此，能够从由转子产生的磁通势中消除任何期望的阶次的谐波分量。例如，如果期望消除涉及谐波铁损的第五次谐波分量，则能够通过使n＝5而使Amp₂(5)＝0，从而消除第五次谐波分量。

因此，根据本发明，能够消除由转子产生的磁通势的任何阶次的谐波分量，从而减小谐波铁损以提高效率。

附图说明

图1为沿着旋转的周向方向的截面图，其示出了根据本发明第一实施方式的电旋转机器的结构。

图2为截面图，示出了在沿其周向方向被分成多个节段的根据第一实施方式的转子中，与两个磁极分别相对应的两个相邻的转子芯节段。

图3为说明性视图，其给出了根据第一实施方式的转子芯与常规的转子芯之间的磁通势的波形的对比。

图4(a)为示意性波形图，其以电气角示出了由根据第一实施方式的转子产生的磁通势的波形；图4(b)为示出了磁通势的每个阶次的谐波分量的振幅的视图。

图5为截面图，示出了在沿其周向方向被分成多个节段的根据第二实施方式的转子中，与一个磁极相对应的转子芯节段。

图6(a)为示意性波形图，其以电气角示出了由根据第二实施方式的转子产生的磁通势的波形；图6(b)为示出了磁通势的每个阶次的谐波分量的振幅的视图。

图7为截面图，示出了在沿其周向方向被分成多个节段的根据第三实施方式的转子中，与一个磁极相对应的转子芯节段。

图8为说明性视图，其示出了由根据第三实施方式的转子产生的磁通势的波形的每个部分的尺寸。

图9为波形图，其示出了由根据第三实施方式的转子产生的磁通势的波形的每个部分的尺寸。

图10为截面图，示出了在沿其周向方向被分成多个节段的根据第三实施方式的变型的转子中，与一个磁极相对应的转子芯节段。

图11为沿着旋转的轴向方向的截面图，其示出了常规的电旋转机器的结构。

图12为截面图，示出了在沿其周向方向被分成多个节段的常规的电旋转机器的转子中，与两个磁极分别相对应的两个相邻的转子芯节段。

图13为说明性视图，其示出了由常规的电旋转机器的转子产生的磁通势的波形的每个部分的尺寸。

图14(a)为示意性波形图，其以电气角示出了由常规的电旋转机器的转子产生的磁通势的波形；图14(b)为示出了磁通势的每个阶次的谐波分量的振幅的视图。

图15为波形图，其示出了由转子产生的磁通势的波形的每个部分的尺寸。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对用于实现本发明的实施方式进行描述。

[第一实施方式]

图1为沿着旋转的轴向方向的截面图，其示出了根据第一实施方式的电旋转机器的结构。图2截面图，示出了在沿其周向方向被分成多个节段的根据第一实施方式的转子中，与两个磁极分别相对应的两个相邻的转子芯节段。图3为说明性视图，其给出了根据第一实施方式的转子芯与常规的转子芯之间的磁通势的波形的对比。图4(a)为示意性波形图，其以电气角示出了由根据第一实施方式的转子产生的磁通势的波形；图4(b)为示出每个阶次的谐波分量的振幅的视图。

本实施方式的电旋转机器30例如将被用作汽车电机。如图1所示，电旋转机器30包括：用作电枢的定子18；用作场的转子34；以及前部壳体10a和后部壳体10b，前部壳体10a和后部壳体10b容纳定子18和转子34并且通过连接螺栓(未示出)连接和固定到一起。

定子18包括环形定子芯17和三相定子线圈16。定子芯17具有沿着其周向方向形成在其径向内周表面中的多个槽(未示出)。定子线圈16缠绕到定子芯17上并且连接到逆变器(未示出)以进行电功率转换。此外，定子18通过被夹置在前部壳体10a和后部壳体10b之间而被固定并且以在定子18与转子34之间具有预定间隙的方式布置在转子34的径向外侧。

定子34构造成随旋转轴11一起旋转，该旋转轴11由前部壳体10a和后部壳体10b通过轴承10c可旋转地支撑。转子34包括转子芯32和多个永磁体33。转子芯32通过在轴向方向上层合多个环形钢板而形成并且被固定到旋转轴11的外周。此外，在转子芯32的面对定子18的径向内侧的外周侧中，形成有多个通孔32a，所述多个通孔32a在轴向方向上穿透转子芯32并且在周向方向上以预定间隔布置。永磁体33被分别嵌入在转子芯32的通孔32a中相应的一个中。在本实施方式中，每对永磁体33均以日文字符“ハ”的形状布置，以在转子芯32的外周的附近形成磁极。此外，由所述多个成对的永磁体33在转子芯32的外周的附近形成的多个磁极(在本实施方式中为8个磁极(4个N极，4个S极))以预定的间隔沿转子芯32的周向方向布置，使得所述多个磁极的极性沿周向方向在N与S之间交替。

如图2所示，当沿转子芯32的轴向方向观察时，在与一个磁极相对应的一个转子芯节段32-1中，一对永磁体33-1关于中心线L1对称地布置(呈“ハ”的形状)成以相对于中心线L1的预定倾斜角度彼此相对；中心线L1经过磁极的中心径向地延伸。此外，所述一对永磁体33-1被布置成与在周向方向上与所述一对永磁体33-1相邻的一对永磁体33-2在极性上相反。例如，所述一对永磁体33-1被布置成在径向外侧为N极而在径向内侧为S极；相邻的一对永磁体33-2被布置成在径向外侧为S极而在径向内侧为N极。

本实施方式的转子34具有从转子34的外周表面产生磁通的范围(弧角)，理想地，该范围被设定成减小由于转子34产生的磁通势的谐波分量而产生的铁损。也就是说，由本实施方式的转子34产生的磁通势的波形由与所述多个磁极(或所述多个转子芯节段)分别相对应的多个部分组成。当沿着转子芯32的轴向方向观察时，这些部分从由转子芯32的外周表面限定的0基准线径向向外地突出，或者从0基准线径向向内地凹入。此外，在波形的上述部分中，径向向外地突出的部分与径向向内地凹入的部分沿转子芯32的周向方向交替地布置。此外，波形的每个部分均包括两条斜线并且包括连接线。每条斜线均从0基准线相对于转子芯32的径向方向倾斜地延伸。连接线沿转子芯32的周向方向连接两条斜线。

此外，将连接线的周向宽度表示为2π·Duty，斜线的周向宽度表示为2π·Slope，斜线的径向高度表示为B，由转子34产生的磁通势的谐波分量的次数表示为n，并且将第n次谐波分量的振幅表示为Amp₁，则满足以下关系：Slope＝k/n(这里，k为任意的自然数)。第n次谐波分量的振幅由下式(1)确定：

${\mathrm{Amp}}_1\left(n\right)=\frac{4B}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope})}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope}}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Duty}+\mathrm{Slope})\right\}...\left(1\right).$

在这种情况下，例如，在式(1)中n＝7，以消除涉及谐波铁损的第七次谐波分量。

具体地，通过调整每个转子芯节段中的一对永磁体33的布置状态将Slope设定为51.4度(电气角)，以消除涉及谐波铁损的第七次分量。也就是说，如图3所示，在常规的转子14中(参见图12)，一对永磁体13被布置成使得其纵向轴线相对于中心线L1以角度θ1倾斜；在本实施方式中，一对永磁体33被布置成使得其纵向轴线相对于中心线L1以小于角度θ1的角度θ2倾斜。因此，磁通势的波形的Slope1被扩大到Slope2。

在本实施方式中，通过将Slope设定为51.4度(电气角)，由转子34产生的磁通势的波形变成如图4(a)中所示。因此，如图4(b)所示，可以消除第七次谐波分量。这是因为，由于Slope＝k/7而消除了次数为7的整数倍的任何谐波分量。因此，也可以消除第十四次谐波分量；然而，第十四次谐波分量原本就不存在，因而将其消除不具有实际意义。

如上所述，本实施方式的转子34能够通过被构造成使得由转子34产生的磁通势的波形的每个部分均满足Slope＝k/n的关系而将磁通势的第n次谐波分量的振幅Amp₁降低至0。也就是说，由于磁通势的任何阶次的谐波分量都能够被消除，因此能够消除涉及谐波铁损的阶次的谐波分量，从而减小谐波铁损以提高效率。

[第二实施方式]

图5为截面图，示出了在沿其周向方向被分成多个节段的根据第二实施方式的转子中，与一个磁极相对应的转子芯节段。

本实施方式的转子44与第一实施方式的转子34的不同之处仅在于，在每个转子芯节段的外周表面中，形成有径向向内地凹入并且在旋转的轴向方向上穿透转子芯节段的两个槽45。因此，将省略与第一实施方式相同的构件和构型的详细说明，而将主要说明不同之处。此外，在本实施方式的转子芯42中，与在第一实施方式的转子芯32中一样，在一个磁极的范围内，一对永磁体43关于中心线L1对称地布置(呈“ハ”的形状)成以相对于中心线L1的预定倾斜角度彼此相对；中心线L1穿过磁极的中心沿转子芯42的径向方向延伸。

所述两个槽45设置在转子芯节段的永磁体43所存在的周向范围内并且关于中心线L1对称地布置。两个槽45中的每个均在一个磁极的存在永磁体43的周向范围内、从该范围的一个外端朝向该范围的内侧以给定宽度形成。

本实施方式的转子44具有从转子44的外周表面产生磁通的范围(弧角)，理想地，该范围被设定成减小由于转子44产生的磁通势的谐波分量而产生的铁损。也就是说，由本实施方式的转子44产生的磁通势的波形由与所述多个磁极(或所述多个转子芯节段)分别相对应的多个部分组成。当沿着转子芯42的轴向方向观察时，这些部分从由转子芯42的外周表面限定的0基准线径向向外地突出，或者从0基准线径向向内地凹入。此外，在波形的上述部分中，径向向外地突出的部分与径向向内地凹入的部分沿转子芯42的周向方向交替地布置。此外，波形的每个部分均包括两条斜线并且包括连接线。每条斜线均从0基准线相对于转子芯42的径向方向倾斜地延伸。连接线沿转子芯42的周向方向连接两条斜线。

此外，将连接线的周向宽度表示为2π·Duty，斜线的周向宽度表示为2π·Slope，斜线的径向高度表示为B，由转子44产生的磁通势的谐波分量的次数表示为n，并且将第n次谐波分量的振幅表示为Amp₁，则满足以下关系：Duty+Slope＝k/n(这里，k为任意的自然数)。第n次谐波分量的振幅由下式(1)确定：

${\mathrm{Amp}}_1\left(n\right)=\frac{4B}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope})}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope}}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Duty}+\mathrm{Slope})\right\}...\left(1\right).$

具体地，通过调整转子芯42的外周表面的形状将弧角设定为120度(电气角)，以消除涉及谐波铁损的第三次分量。也就是说，通过如上所述在转子芯42的外周表面中形成两个槽45将弧角设定为120度(电气角)。此外，设置两个槽45的区域为磁通密度快速变化的区域；在这些区域中的磁通变化的斜率能够通过改变槽45的深度来调节。

在本实施方式中，通过将弧角设定为120度(电气角)，磁通势的波形变成如图6(a)中所示。因此，如图6(b)所示，可以消除第三次、第九次和第十五次谐波分量。这是因为，由于Duty+Slope＝1/3而消除了次数为3的整数倍的任何谐波分量。因此，也可以消除第六次和第十二次谐波分量；然而，第六次和第十二次谐波分量原本就不存在，因而将其消除不具有实际意义。

如上所述，本实施方式的转子44能够通过被构造成使得由转子44产生的磁通势的波形的每个部分均满足Duty+Slope＝k/n的关系而将磁通势的第n次谐波分量的振幅Amp₁降低至0。也就是说，由于磁通势的任何阶次的谐波分量都能够被消除，因此能够消除涉及谐波铁损的阶次的谐波分量，从而减小谐波铁损以提高效率。

此外，在本实施方式中，形成在每个转子芯节段的外周表面中的两个槽45成为磁通密度快速变化的部分；因此，能够通过适当地设定槽45的形状、尺寸和位置来优化磁通变化的斜率。

此外，所述两个槽45设置在转子芯节段的永磁体43所存在的周向范围内，并且关于由永磁体43形成的磁极的周向中心线L1对称地布置；因此，由转子芯节段产生的磁通势的波形具有关于穿过连接线的周向中心的中心线L1对称的形状，从而接近有利于减小谐波铁损的理想波形。

此外，所述两个槽45中的每个均在转子芯节段的存在永磁体43的周向范围内、从该范围的一个外端朝向该范围的内侧以给定宽度形成。因此，能够在磁通从转子芯节段的外周表面产生的范围(弧角)内，在较宽的周向范围上设置两个槽45。

此外，在本实施方式中，在每个转子芯节段的外周表面中，设置有径向向内地凹入并且在转旋的轴向方向上穿透转子芯节段的两个槽45。然而，代替这两个槽45，也可以设置径向向外地突出并且在旋转的轴向方向上贯穿的两个突起。

[第三实施方式]

图7为截面图，示出了在沿其周向方向被分成多个节段的根据第三实施方式的转子中，与一个磁极相对应的转子芯节段。图8为说明性视图，其示出了由根据第三实施方式的转子产生的磁通势的波形的每个部分的尺寸。图9为波形图，其示出了由根据第三实施方式的转子产生的磁通势的波形的每个部分的尺寸。

本实施方式的转子54与第一实施方式的转子34的不同之处仅在于，在每个转子芯节段的外周表面中，在由永磁体53形成的磁极的周向中心处，形成有径向向内地凹入并且沿旋转的轴向方向延伸的槽55。因此，将省略与第一实施方式相同的构件和构型的详细说明，而将主要说明不同之处。此外，在本实施方式的转子芯52中，与在第一实施方式的转子芯32中一样，在一个磁极的范围内，一对永磁体53关于中心线L1对称地布置(呈“ハ”的形状)成以相对于中心线L1的预定倾斜角度彼此相对；中心线L1穿过磁极的中心沿转子芯52的径向方向延伸。

在本实施方式的转子54中，为了减小由于转子54产生的磁通势的谐波分量导致的铁损，在每个转子芯节段的外周表面中，在由永磁体53形成的磁极的周向中心(弧角的中心)处，形成有具有给定深度D的槽55。

也就是说，如图8和图9所示，由本实施方式的转子54产生的磁通势的波形由与所述多个磁极(或所述多个转子芯节段)分别相对应的多个部分组成。当沿着转子芯52的轴向方向观察时，这些部分从由转子芯52的外周表面限定的0基准线径向向外地突出，或者从0基准线径向向内地凹入。此外，在波形的上述部分中，径向向外地突出的部分与径向向内地凹入的部分沿转子芯52的周向方向交替地布置。此外，波形的每个部分均包括两条第一斜线并且包括第一连接线。每条第一斜线均从0基准线相对于转子芯52的径向方向倾斜地延伸。第一连接线沿转子芯52的周向方向连接两条第一斜线。此外，第一连接线包括两条各自相对于转子芯52的径向方向倾斜地延伸的第二斜线以及沿转子芯52的周向方向连接两条第二斜线的第二连接线。

此外，如图9所示，将第一连接线的周向宽度表示为2π·Duty₁，第一斜线的周向宽度表示为2π·Slope₁，第一斜线的径向高度表示为B₁，第二连接线的周向宽度表示为2π·Duty₂，第二斜线的周向宽度表示为2π·Slope₂，第二斜线的径向高度表示为B₂，由转子54产生的磁通势的谐波分量的次数表示为n，并且将第n次谐波分量的振幅表示为由下式(2)确定的Amp₂，则B₂满足下式(3)：

${\mathrm{Amp}}_2\left(n\right)=\frac{4B_1}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_1)}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_1}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Dut}{y}_1+\mathrm{Slop}{e}_1)\right\}$

$+\frac{{4B}_2}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·{\mathrm{Slope}}_2)}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_2}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Dut}{y}_2+{\mathrm{Slope}}_2)\right\}...\left(2\right),$

$B_2=-\frac{{\mathrm{Slope}}_2}{{\mathrm{Slope}}_1}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·{\mathrm{Slope}}_1)}{\sin (\mathrm{n\π}\·{\mathrm{Slope}}_2)}\·\frac{\sin \left\{\mathrm{n\π}({\mathrm{Duty}}_1+{\mathrm{Slope}}_1)\right\}}{\sin \left\{\mathrm{n\π}({\mathrm{Duty}}_2+{\mathrm{Slope}}_2)\right\}}\·B_1...\left(3\right).$

在本实施方式中，形成在每个转子芯节段的外周表面中的槽55具有设定成满足式(3)的给定的深度D。此外，当在转子芯节段的外周表面中形成槽55时，如果将槽55的深度D设定为较大，则Slope2的斜率变得较陡；当如将槽55的深度D设定为较小，则Slope2的斜率变得较缓。因此，当满足了式(3)的关系时，可以将由转子54产生的磁通势的第n次谐波分量的振幅Amp₂降低至0。也就是说，可以将磁通势的任何阶次的谐波分量降低至0。

因此，在本实施方式的转子54中，由于由转子54产生的磁通势的任何阶次的谐波分量都能够被消除，因此能够消除涉及谐波铁损的阶次的谐波分量，从而减小谐波铁损以提高效率。

此外，在本实施方式中，在每个转子芯节段的外周表面中，设置有径向向内地凹入并且在转旋的轴向方向上穿透转子芯节段的槽55。然而，代替槽55，与在图10所示的转子芯62中一样，也可以在每个转子芯节段的外周表面上设置径向向外地突出并且在旋转的轴向方向上贯穿的突起66。

此外，在上述第一至第三实施方式中，在与一个磁极相对应的每个转子芯节段中布置有一对永磁体。然而，通过布置仅一个永磁体的构型，也能够实现与上述实施方式相同的有益效果。

[附图标记描述]

10、30：电旋转机器；

11：旋转轴；

12、12-1、12-2、32-1、32-2、42、52、62：转子芯；

12a、32a：通孔；

13、33、33-1、33-2：永磁体；

14、34、44、54：转子；

16：定子线圈；

17：定子芯；

18：定子；

45、55：槽；

66：突起。

Claims (6)

1.一种电旋转机器的转子，所述转子包括环形转子芯和嵌入在所述转子芯中的多个永磁体，其中，

通过所述永磁体在所述转子芯的外周的附近形成多个磁极，

所述磁极以预定的间隔沿所述转子芯的周向方向布置成使得所述磁极的极性沿所述周向方向在N极与S极之间交替，

由所述转子产生的磁通势的波形由与所述磁极分别相对应的多个部分组成，

当沿着所述转子芯的轴向方向观察时，所述波形的所述部分从由所述转子芯的外周表面限定的0基准线径向向外地突出，或者从所述0基准线径向向内地凹入，

在所述波形的所述部分中，径向向外地突出的部分与径向向内地凹入的部分沿所述转子芯的周向方向交替地布置，

所述波形的所述部分中的每个均包括两条斜线并且包括连接线，所述两条斜线中的每条均从所述0基准线相对于所述转子芯的径向方向倾斜地延伸，所述连接线沿所述转子芯的周向方向连接所述两条斜线，并且

将所述连接线的周向宽度表示为2π·Duty，所述斜线的周向宽度表示为2π·Slope，所述斜线的径向高度表示为B，所述磁通势的谐波分量的次数表示为n，并且将第n次谐波分量的振幅表示为Amp₁，则满足以下关系：Slope＝k/n(这里，k为任意的自然数)，

所述第n次谐波分量的振幅由下式(1)确定：

${\mathrm{Amp}}_1\left(n\right)=\frac{4B}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope})}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope}}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Duty}+\mathrm{Slope})\right\}---\left(1\right).$

2.一种电旋转机器的转子，所述转子包括环形转子芯和嵌入在所述转子芯中的多个永磁体，其中，

通过所述永磁体在所述转子芯的外周的附近形成多个磁极，

所述磁极以预定的间隔沿所述转子芯的周向方向布置成使得所述磁极的极性沿所述周向方向在N极与S极之间交替，

由所述转子产生的磁通势的波形由与所述磁极分别相对应的多个部分组成，

当沿着所述转子芯的轴向方向观察时，所述波形的所述部分从由所述转子芯的外周表面限定的0基准线径向向外地突出，或者从所述0基准线径向向内地凹入，

在所述波形的所述部分中，径向向外地突出的部分与径向向内地凹入的部分沿所述转子芯的周向方向交替地布置，

所述波形的所述部分中的每个均包括两条斜线并且包括连接线，所述两条斜线中的每条均从所述0基准线相对于所述转子芯的径向方向倾斜地延伸，所述连接线沿所述转子芯的周向方向连接所述两条斜线，并且

将所述连接线的周向宽度表示为2π·Duty，所述斜线的周向宽度表示为2π·Slope，所述斜线的径向高度表示为B，所述磁通势的谐波分量的次数表示为n，并且将第n次谐波分量的振幅表示为Amp₁，则满足以下关系：Duty+Slope＝k/n(这里，k为任意的自然数)，

所述第n次谐波分量的振幅由下式(1)确定：

${\mathrm{Amp}}_1\left(n\right)=\frac{4B}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope})}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slope}}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Duty}+\mathrm{Slope})\right\}---\left(1\right).$

3.根据权利要求1或2所述的电旋转机器的转子，其中，所述转子芯由与所述磁极分别相对应的多个节段组成，并且

在所述转子芯的每个节段的外周表面中，设置有径向向内地凹入并且沿旋转的轴向方向延伸的多个槽，或者设置有径向向外地突出并且沿旋转的轴向方向延伸的多个突起。

4.根据权利要求3所述的电旋转机器的转子，其中，在所述转子芯的每个节段中，所述槽或所述突起被设置在所述永磁体所存在的周向范围内，并且被布置在这样的位置：当沿着所述转子芯的轴向方向观察时，所述槽或所述突起关于由所述永磁体形成的相应的磁极的周向中心线对称。

5.根据权利要求4所述的电旋转机器的转子，其中，在所述转子芯的每个节段中，所述槽或所述突起中的每个均从所述永磁体所存在的所述周向范围的一个外端朝向所述范围的内侧以给定宽度形成。

6.一种电旋转机器的转子，所述转子包括环形转子芯和嵌入在所述转子芯中的多个永磁体，其中，

通过所述永磁体在所述转子芯的外周的附近形成多个磁极，

所述磁极以预定的间隔沿所述转子芯的周向方向布置成使得所述磁极的极性沿所述周向方向在N极与S极之间交替，

在所述转子芯的外周表面中，在每个所述磁极的周向中心处，设置有径向向内地凹入并且沿旋转的轴向方向延伸的槽，或者设置有径向向外地突出并且沿旋转的轴向方向延伸的突起，

由所述转子产生的磁通势的波形由与所述磁极分别相对应的多个部分组成，

当沿着所述转子芯的轴向方向观察时，所述波形的所述部分从由所述转子芯的外周表面限定的0基准线径向向外地突出，或者从所述0基准线径向向内地凹入，

在所述波形的所述部分中，径向向外地突出的部分与径向向内地凹入的部分沿所述转子芯的周向方向交替地布置，

所述波形的所述部分中的每个均包括两条第一斜线并且包括第一连接线，所述两条第一斜线中的每条均从所述0基准线相对于所述转子芯的径向方向倾斜地延伸，所述第一连接线沿所述转子芯的周向方向连接所述第一斜线，

所述第一连接线包括两条第二斜线并且包括第二连接线，所述两条第二斜线中的每条均相对于所述转子芯的径向方向倾斜地延伸，所述第二连接线沿所述转子芯的周向方向连接所述第二斜线，并且

将所述第一连接线的周向宽度表示为2π·Duty₁，所述第一斜线的周向宽度表示为2π·Slope₁，所述第一斜线的径向高度表示为B₁，所述第二连接线的周向宽度表示为2π·Duty₂，所述第二斜线的周向宽度表示为2π·Slope₂，所述第二斜线的径向高度表示为B₂，所述磁通势的谐波分量的次数表示为n，并且将第n次谐波分量的振幅表示为由下式(2)确定的Amp₂，则B₂满足下式(3)：

${\mathrm{Amp}}_2\left(n\right)=\frac{4B_1}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_1)}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_1}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Dut}{y}_1+\mathrm{Slop}{e}_1)\right\}$

$+\frac{4B_2}{\mathrm{n\π}}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_2)}{\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_2}\·\sin \left\{\mathrm{n\π}(\mathrm{Dut}{y}_2+\mathrm{Slop}{e}_2)\right\}---\left(2\right),$

$B_2=-\frac{\mathrm{Slop}{e}_2}{{\mathrm{Slope}}_1}\·\frac{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_1)}{\sin (\mathrm{n\π}\·\mathrm{Slop}{e}_2)}\·\frac{\sin \left\{\mathrm{n\π}({\mathrm{Duty}}_1+{\mathrm{Slope}}_1)\right\}}{\sin \{\mathrm{n\π}({\mathrm{Duty}}_2+{\mathrm{Slope}}_2)}\·B_1---\left(3\right).$

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