CN109565198A - 转子以及磁阻马达 - Google Patents

Abstract

实施方式的转子具有轴和固定于轴的转子铁芯。在转子铁芯形成有多个磁通屏障。在磁通屏障形成有多个桥部，并且在多个桥部之间形成有与磁通屏障以外的部分相比磁导率低的一个或多个屏障区域。在至少一个屏障区域设置有永磁铁。永磁铁的磁化方向朝向与磁通屏障的长边方向交叉的方向。而且，(μ₀×S_M×B_r)/(μ_re×t_FB×w_B)的值为1.2以上且3.0以下的范围内。

Description

转子以及磁阻马达

技术领域

本发明的实施方式涉及转子以及磁阻马达。

本申请基于2016年8月31日在日本申请的特愿2016-170040号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

已知通过在磁阻马达的转子设置永磁铁来改善马达的凸极性的技术。

然而，在以往的技术中，磁通从设置于转子的永磁铁朝向定子漏出，产生感应电压。其结果是，有时在无负载旋转时产生铁损，作为应用了磁阻马达的系统的能量效率降低。此外，存在如下问题：在旋转中因驱动装置的故障等使马达的端子间短路的情况下，短路电流流动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-83066号公报

专利文献2：日本特开2012-178921号公报

专利文献3：日本特开2002-291288号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于提供能够不产生感应电压而增大凸极比的转子以及磁阻马达。

解决技术问题的技术方案

实施方式的转子具有绕轴心旋转的轴和固定于轴的转子铁芯。在转子铁芯，从转子铁芯的外周面的某一部位至其它部位的多个磁通屏障在转子铁芯的径向上排列地形成。在磁通屏障形成有多个桥部，该多个桥部包括在磁通屏障的长边方向的两端形成转子铁芯的外周面的一部分的桥部，在多个桥部之间形成有与在转子铁芯的磁通屏障以外的部分相比磁导率低的一个或多个屏障区域。在至少一个屏障区域设置有永磁铁。永磁铁的磁化方向朝向与在设置有永磁铁的位置的磁通屏障的长边方向交叉的方向。在设μ₀为屏障区域中的永磁铁不存在的区域的磁导率、S_M为在与轴的延伸方向正交的平面的永磁铁的截面积、B_r为永磁铁的残留磁通密度、μ_re为永磁铁的回复磁导率、t_FB为屏障区域的厚度的最小和最大的算术平均、w_B为桥部的宽度的最小和最大的算术平均的情况下，(μ₀×S_M×B_r)/(μ_re×t_FB×w_B)的值为1.2以上且3.0以下的范围内。

附图说明

图1是示出第一实施方式的四极磁阻马达1的一极份的结构的与旋转轴8正交的剖视图。

图2是示意性地示出某一磁通屏障11和其附近的转子铁芯9的图。

图3是用于说明数学式(1)的参数的定义的图。

图4是示出永磁铁100的磁特性的一例的图。

图5是示出磁路的一例的图。

图6是示出转子铁芯9的磁化特性的倾向的一例的图。

图7是示出转子铁芯9的饱和磁通密度B_s、各桥部的相对磁导率和漏磁通量的关系的一例的图。

图8是示出在屏障区域18的永磁铁100的配置位置的一例的图。

图9是示出在屏障区域18的永磁铁100的配置位置的其它例子的图。

图10是示出磁阻马达1的外观的一例的图。

图11是示出第二实施方式的磁阻马达1A的一极份的结构的与旋转轴8正交的剖视图。

图12是示出转子铁芯9的饱和磁通密度B_s、各桥部的相对磁导率和交链于电枢绕组7的漏磁通量的关系的其它例子的图。

图13是示出第三实施方式的磁阻马达1B的一极份的结构的与旋转轴8正交的剖视图。

图14是示出第四实施方式的磁阻马达1C的一极份的结构的与旋转轴8正交的剖视图。

图15是示出在屏障区域18的永磁铁100的配置位置的其它例子的图。

附图标记

1：磁阻马达；2：定子；3：转子；4：定子铁芯；5：齿部；7：电枢绕组；8：旋转轴(shaft，轴)；9：转子铁芯；11：磁通屏障；18：屏障区域；100：永磁铁

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的转子以及磁阻马达进行说明。

图1是示出第一实施方式的四极磁阻马达1的一极份的结构的与旋转轴8正交的剖视图。另外，在图1中，仅示出磁阻马达1的一极份、即1/4周的圆周角度区域。旋转轴8例如可以是以能够旋转的方式被枢轴支承而在旋转轴8中心沿轴向延伸、绕旋转轴8的中心进行旋转的轴。

如该图所示，磁阻马达1具备大致圆筒状的定子2和设置于比定子2靠径向内侧并相对于定子2旋转自如地设置的转子3。另外，定子2以及转子3在各自的中心轴线位于共同轴上的状态下来配设。以下，将上述的共同轴称为中心轴O，将与中心轴O正交的方向称为径向，将绕中心轴O转圈的方向称为周向。

定子2具有大致圆筒状的定子铁芯4。定子铁芯4能够通过层叠多张电磁钢板或者将软磁性粉加压成形而形成。在定子铁芯4的内周面一体成形有多个齿部5，该多个齿部5朝向中心轴O突出并在周向上等间隔地排列。齿部5形成为截面大致矩形。而且，在相邻的各齿部5间分别形成有槽6。经由这些槽6，电枢绕组7卷绕于各齿部5。

另外，定子铁芯4可以装配有具有绝缘性的绝缘体，或者外表面整体由绝缘覆膜覆盖(均未图示)。而且，从绝缘体或绝缘覆膜之上将电枢绕组7卷绕于各齿部5。

转子3具备沿中心轴O延伸的旋转轴8和外嵌固定于旋转轴8的大致圆柱状的转子铁芯9。转子铁芯9能够通过层叠多张电磁钢板或者将软磁性粉加压成形而形成。转子铁芯9的外径以在径向上相向的各齿部5之间形成有规定的气隙G的方式被设定。

此外，在转子铁芯9的径向中央形成有沿中心轴O贯通的贯通孔10。在该贯通孔10旋转轴8被压入等。由此，旋转轴8与转子铁芯9成为一体地旋转。

进一步地，在转子铁芯9，在一极(即1/4周的圆周角度区域)的每一个，使多个(例如，在本实施方式中为3个)磁通屏障11以通过穿过转子铁芯9的旋转轴8的一条直径的方式排列而形成。即，这些磁通屏障11在转子铁芯9的外周面的、某一部位至其它部位，形成于由定子2形成的磁通通过的多个磁路之间，划分各磁路。在本实施方式中，各磁通屏障11具有多个(例如，在本实施方式中为两个)屏障区域18，它们分布为大致双曲线状。另外，在图1中，仅对最靠近中心轴O的磁通屏障11标注表示屏障区域的18的符号、表示永磁铁的100的符号，而对其它磁通屏障11也是同样的。

在转子铁芯9，将磁通的流动不受屏障区域18妨碍的方向定义为q轴。即，对转子的外周面的某一圆周角度位置A赋予正磁位(例如使磁铁的N极靠近)，对相对于其偏移了一极份(在本实施方式的情况下为90度)的圆周角度位置B赋予负磁位(例如使磁铁的S极靠近)，将使A的位置往周向偏移的情况下有最多的磁通流动时的从中心轴O朝向位置A的方向定义为q轴。在本实施方式中，q轴被设定于将转子铁芯9分离为靠近中心轴O的区域和远离中心轴O的区域的磁通屏障11的长边方向上。

另一方面，将磁通的流动受屏障区域18妨碍的方向、即相对于q轴磁性正交的方向定义为d轴。在本实施方式中，d轴被设定于相对于由磁通屏障11分离为靠近中心轴O的区域和远离中心轴O的区域的两个转子铁芯部分相向的方向平行的方向。此外，在磁通屏障11形成为多层的情况下(在本实施方式中是三层)，层的重叠方向为d轴。另外，磁通屏障11并不限于三层，也可以形成单层或两层或者四层以上，各磁通屏障11的屏障区域18的个数并不限于两个，也可以是一或三以上。

各屏障区域18至少在外周侧以沿q轴且周向的中央部位于最靠径向内侧的方式形成为从外周侧朝向径向内侧的中心轴O弯曲为凸形状的截面大致圆弧状。另外，各屏障区域18的形状并不限于圆弧，也可以是如U形的凸形状。在本实施方式中，在转子铁芯9的各个圆周角度区域形成有大致圆弧状的6个屏障区域18。

考虑到在转子铁芯9产生的离心力，在接近磁通屏障11的外周侧的端部200b，这些多个屏障区域18被设置于从转子铁芯9的外周离开规定距离w_o的位置。由此，能够提高位于转子3的外周与屏障区域18的端部200b之间的转子铁芯9的机械强度。在转子铁芯9形成有包含外周桥部BD_S的多个桥部。外周桥部BD_S是在磁通屏障11的长边方向的两端形成转子铁芯9的外周面的一部分(端部200b)的桥部。外周桥部BD_S发挥将由各磁通屏障11的屏障区域18分离的转子铁芯9彼此结合(连接)的作用。分别设置于磁通屏障11的两端的外周桥部BD_S的宽度w_o是与从转子3的外周侧朝向旋转轴8的方向相关的宽度。

此外，在沿磁通屏障11的延伸方向的两端之间的中间地点(例如在径向上最靠近旋转轴8的部分)，在多个屏障区域18在该延伸方向上隔开间隔地形成的情况下，以离开规定距离w_C的间隔形成屏障区域18。由此，能够提高位于屏障区域18间的转子铁芯9的机械强度。规定距离w_C可以与规定距离w_o相同，也可以不同。以下，将在凸部附近位于屏障区域18之间的转子铁芯9称为“中心桥部BD_C”来进行说明。中心桥部BD_C是“内部桥部”的一例。

夹着中心桥部BD_C、成对的屏障区域18互为大致相同的形状。中心桥部BD_C与外周桥部BD_S同样地，发挥将由各磁通屏障11的屏障区域18分离的转子铁芯9彼此结合(连接)的作用。由于上述桥部，即使在形成有磁通屏障11的状态下，转子铁芯9也不会在磁通屏障11的两端与中间地点被分离，转子铁芯9凑为一个构件。另外，形成于径向的多个磁通屏障11各自的两端的外周桥部BD_S的宽度w_o可以相互不同，也可以一部分或全部相同。同样地，在形成有多个中心桥部BD_C的情况下，形成于径向的多个磁通屏障11各自的中心桥部BD_C的宽度w_C可以相互不同，也可以一部分或全部相同。

在本实施方式中，在多个屏障区域18的每一个插入有永磁铁100。本实施方式的永磁铁100是指非电磁铁的磁铁，并且是指在考虑到磁阻马达1的使用年数(寿命)的情况下能够持续产生大致恒定磁场的物体。各永磁铁100例如是钕磁铁、铁氧体磁铁、钐铁钴磁铁等。插入到屏障区域18的永磁铁100可以以插入后在大致d轴方向上磁化的方式被起磁，也可以使预先在规定方向上起磁的永磁铁100以其磁化方向朝向大致d轴方向的方式插入。即，在本实施方式中，磁铁的磁化方向并不限于相对于q轴完全磁性正交，可以与正交的角度成一定程度的角幅(例如10度左右)而相交。换言之，永磁铁100的磁化方向朝向与设置有永磁铁的位置的磁通屏障11的长边方向交叉的方向。为了固定被插入的永磁铁100，可以在各屏障区域18填充粘接性树脂等非磁性体，也可以与永磁铁100一起插入非磁性体的间隔物等。此外，也可以是永磁铁100的侧面与转子铁芯9接触从而被固定。非磁性体被设为磁导率比转子铁芯9低。

此外，永磁铁100以如下方式配置：在包含q轴以及d轴的截面，与形成屏障区域18的轮廓(边界)的面(后述的200b、201a、202a、202b：图2)之中的一部分(优选全部)分离。即，在屏障区域18内，永磁铁100以不与转子铁芯9直接接触的方式来配置。通过这样的配置，能够抑制在永磁铁100的角部等产生的局部的不可逆退磁。当然，也可以是永磁铁100与形成轮廓的面的一部分或全部接触。如后述那样，不管永磁铁100与屏障区域18的侧面(转子铁芯9)有无接触，只要永磁铁100的截面积相同，则本实施方式主要期待的磁性效果是相同的。

图2是示意性地示出某一磁通屏障11和其附近的转子铁芯9的图。如图所示，例如，永磁铁100可以偏向中心桥部BD_C侧而配置。由永磁铁100的磁动势产生的磁通被分为朝向磁化方向即大致d轴方向的磁通101、经由外周桥部BD_S的磁通102和经由中心桥部BD_C的磁通103。由于外周桥部BD_S以及中心桥部BD_C为铁芯，因此存在与其材质相应的饱和磁通密度。由此，当磁通超过铁芯的饱和磁通密度而在外周桥部BD_S以及中心桥部BD_C流动时，各桥部的磁阻变高，磁通难以流动。在本实施方式中，由于从永磁铁100产生的磁通在各桥部在d轴方向的大致相反方向上流动，因此从定子2侧流入的磁通在各桥部难以在d轴方向的大致相反方向上流动。由于磁通饱和的各桥部不再使磁通通过，因此成为广义上的磁通屏障11。根据上述永磁铁100的效应，通过减少从定子2流入的磁通量之中的在d轴方向的大致相反方向上流动的磁通量，从而能够增多在q轴方向上流动的磁通量，因此与不在屏障区域18设置永磁铁100的磁阻马达1相比，能够改善凸极性。

另外，在将本实施方式的磁阻马达1应用于高速旋转用马达或者应用于直径大的大型马达的情况下，转子铁芯9容易承受大的离心力。在该情况下，需要扩大外周桥部BD_S的宽度w_o以及中心桥部BD_C的宽度w_C而提高机械强度。在这样的情况下，由于在各桥部的饱和磁通量(桥部的饱和磁通密度与各桥部的宽度之积)变大，因此需要将磁动势更强、磁通量更多(＝残留磁通密度、截面积等大)的永磁铁100插入到屏障区域18。然而，当使永磁铁100的磁动势、磁通量过大时，从永磁铁100产生的朝向d轴方向的磁通101经由气隙G而交链于电枢绕组7。当转子3在该状态下旋转时，产生感应电压。这样，各桥部的宽度、永磁铁100的磁动势与磁通量的关系为相互背反的关系，在使得不产生感应电压这一约束条件之下，存在优选的磁动势和磁通量(即残留磁通密度和截面积)的数值范围。对于该数值范围，将参照附图在后说明。

为了抑制感应电压的产生，按照以下的数学式(1)所示的条件式来决定永磁铁100的大小。

[数学式1]

数学式(1)中的S_M表示插入到各磁通屏障11的每一个的屏障区域18的永磁铁100的总截面积。此外，w_B表示所有桥部的宽度的总和，在图2的例子中，表示为w_B＝2w_o+w_C。此外，t_FB表示屏障区域18的厚度，μ_re表示永磁铁100的回复磁导率。此外，μ₀表示除永磁铁100之外的填充于屏障区域18的物体的磁导率、即空气的磁导率。另外，在屏障区域18填充有用于固定永磁铁100的非磁性体(例如树脂)等的情况下，磁导率μ₀可以是与此非磁性体的物性相应的磁导率。B_s表示与磁通屏障11的延伸方向大致正交的宽度方向(短边方向)上的转子铁芯9的饱和磁通密度，B_r表示永磁铁100的残留磁通密度。这些参数之中，w_o、w_C、t_FB、S_M可定义如下。

图3是用于说明数学式(1)的参数的定义的图。在图3中，在形成屏障区域18的轮廓的面之中，面200b是磁通屏障11的延伸方向(长边方向)上的外周侧的面，面201a是磁通屏障11的延伸方向上的中心轴O侧的面。此外，面202a是磁通屏障11的宽度方向上的外周侧的面，面202b是磁通屏障11的宽度方向上的中心轴O侧的面。以下，将面200b、面201a、面202a、面202b分别称为前端部200b、前端部201a、上侧面202a、下侧面202b来进行说明。

外周桥部BD_S的宽度w_o取转子铁芯9的外周面200a与屏障区域18的前端部200b之间的距离。屏障区域18的前端部200b是形成屏障区域18的轮廓的面的一部分，是磁通屏障11的延伸方向上的外周侧的面。例如，在分别构成转子铁芯9的外周面200a和屏障区域18的前端部200b的曲线或折线非平行的情况下，外周桥部BD_S的宽度w_o被定义为这些曲线或折线间的最小距离和最大距离的算术平均值。例如，在表示转子铁芯9的外周面200a的曲线或折线上设定任意的基准点。导出从该基准点至表示屏障区域18的外周侧的边界面即前端部200b的曲线或折线的距离显示为最短的直线。之后，在表示外周面200a的曲线或折线上，一边使基准点偏移一边导出多条显示为最短的直线。如此导出的多条直线的长度的平均定义为外周桥部BD_S的宽度w_o。也就是说，外周桥部BD_S的宽度w_o为面对面的两个面的距离。同样地，中心桥部BD_C的宽度w_C取与夹着中心桥部BD_C而成对的屏障区域18的中心桥部BD_C侧的面201a和201b的距离。例如，在构成屏障区域18的中心桥部BD_C侧的面201a以及201b的曲线或折线非平行的情况下，中心桥部BD_C的宽度w_C被定义为这些曲线或折线间的距离的最小值和最大值的算术平均值。

此外，将屏障区域18的厚度t_FB定义为构成屏障区域18的上侧面(外周侧的侧面)202a和下侧面(中线周O侧的侧面)202b的曲线或折线的最小距离和最大距离的算术平均值。例如，在表示屏障区域18的上侧面202a的曲线或折线上设定任意的基准点。导出从该基准点至表示下侧面202b的曲线或折线的距离显示为最短的直线。之后，在表示上侧面202a的曲线或折线上，一边使基准点偏移一边导出多条显示为最短的直线。如此导出的多条直线的长度的平均被定义为屏障区域18的厚度t_FB。此外，屏障区域18的宽度l_FB被定义为构成屏障区域18的上侧面202a和下侧面202b曲线或折线的长度的算术平均值。例如，在表示上侧面202a的曲线或折线上设定任意的基准点。导出从该基准点至表示下侧面202b的曲线或折线的距离显示为最短的直线。之后，在表示上侧面202a的曲线或折线上，一边使基准点偏移一边导出多条相对于下侧面202b的距离显示为最短的直线。通过如此导出的多条直线的每条的中点的曲线的长度被定义为屏障区域18的宽度l_FB。

此外，永磁铁100的总截面积S_M在各磁通屏障11中，被定义为通过将永磁铁100的宽度l_M和永磁铁100的厚度t_M相乘而得到的各永磁铁100的截面积与永磁铁100的数量(在图3的例子中为两个)之积。与屏障区域18的厚度t_FB的定义同样地，永磁铁100的厚度t_M被定义为构成永磁铁100的上侧面(磁通屏障11的宽度方向上的外周侧的面)和下侧面(磁通屏障11的宽度方向上的中心轴O侧的面)的曲线或折线的最小距离和最大距离的算术平均值。此外，与屏障区域18的宽度l_FB的定义同样地，永磁铁100的宽度l_M被定义为构成永磁铁100的上侧面和下侧面的曲线或折线的长度的算术平均值。

图4是示出永磁铁100的磁特性的一例的图。如图所示，上述参数之中，μ_re、B_r作为永磁铁100的磁特性能够表示如下。例如，永磁铁100的残留磁通密度B_r能够导出为在线性区域中磁场的强度H为零左右时的磁通密度(曲线图的y截距150)。此外，回复磁导率μ_re能够导出为在线性区域中表示磁通密度B相对于磁场的强度H的变化的直线151的斜率。

使用决定上述的永磁铁100、屏障区域18、外周桥部BD_S以及中心桥部BD_C的尺寸的参数，在将图3所示的转子3的磁通屏障11周边的结构置换为等价的磁路的情况下，能够表示为以下的图5那样。

图5是示出磁路的一例的图。例如，在磁路中，永磁铁100的磁动势E_M能够被视为(t_M·B_r)/μ_re。此外，永磁铁100的内部磁阻r_M能够被视为t_M/(μ_re·l_M)。另外，设为使得该磁路在不产生不可逆退磁的线性区域中工作。当对在永磁铁100流动的磁通Φ_M、在屏障区域18流动的磁通Φ_FB建立电路方程式时，能够将不产生从图5所示的磁路向外漏出的磁通101的条件导出为上述数学式(1)。如果在数学式(1)成立的范围中决定永磁铁100的面积(宽度l_M和厚度t_M)，则能够在不使磁通漏向外部这一约束条件之下使各桥部的磁通饱和。即，不产生感应电压，而能够改善磁阻马达1的凸极性。另外，在图5中，永磁铁100与屏障区域18的右上侧面接触，但在以侧面不接触的方式配置于屏障区域18的中央的情况下，不使磁通漏至外部的条件也以(1)式表示。此外，在图5中永磁铁的截面在宽度l_M方向上为扁平，但也可以在厚度t_M方向上为扁平。即，不管永磁铁100的配置方法如何，只要永磁铁的截面积和残留磁通密度相同，则从外部观察的磁特性为等价。

图6是示出转子铁芯9的磁化特性的倾向的一例的图。已知一般而言转子铁芯9的磁化特性缓慢变化。如图6所示，在磁特性变化的情况下，无法唯一地决定数学式(1)的参数B_s。因此，可以使转子铁芯9的饱和磁通密度B_s在某一数值范围具有宽度。对于数值范围将在后说明。

图7是示出转子铁芯9的饱和磁通密度B_s、各桥部的相对磁导率和交链于电机绕组7的漏磁通量的关系的一例的图。各桥部的相对磁导率是桥部的磁导率相对于真空的磁导率的比率。漏磁通量是通过间隙G而漏出至定子2的磁通的平方值。一般而言，由于无负载铁损、短路事故时的损耗等与漏出至定子2的磁通量的平方成比例，因此在本实施方式中也设为按漏出至定子2的磁通量的平方值进行评价。图7所示的结果表示设想如下模型时的解析结果(仿真结果)：在磁阻马达1的相对于旋转轴8的一极份的截面，设转子铁芯9为硅钢板(非线性磁化特性)，设磁通屏障11为3层，设各个磁通屏障11的屏障区域18为3个，设各个磁通屏障11的中心桥部BD_C为两个，将钕磁铁插入至夹在两个中心桥部BD_C之间的屏障区域18。这样的模型相当于设想后述的图13所示的磁阻马达1C的模型。图中的饱和磁通密度B_s是由以下的数学式(2)解析地导出的值。数学式(2)中的各参数与上述的数学式(1)中使用的参数是同样的。

[数学式2]

在图示的例子中，在转子铁芯9的饱和磁通密度B_s从0至1.2T(特斯拉)的范围，各桥部的相对磁导率趋于增加。即，在各桥部，磁通为容易流动的状态。此外，在饱和磁通密度B_s为1.2T以上的范围，各桥部的相对磁导率趋于减少。即，在各桥部，磁通为难以流动的状态。因此，优选为在仅着眼于各桥部的相对磁导率的情况下，以饱和磁通密度B_s成为各桥部的相对磁导率的最大值1.2T以上的方式来决定永磁铁100的截面积、残留磁通密度。

另一方面，在着眼于漏磁通量的情况下，在转子铁芯9的饱和磁通密度B_s为至大约2T为止的范围，能够将漏出至定子2的磁通量(磁通的平方值)抑制在零左右。即，在转子铁芯9的饱和磁通密度B_s为至大约2T为止的范围，能够抑制感应电压的产生。在转子铁芯9的饱和磁通密度B_s为2T以上的范围，由于漏出至定子2的磁通量以指数函数地增加，因此容易产生感应电压。在此，只要漏磁通量在大致1000mWb²左右以下则能够忽视漏磁通的影响，优选为在该范围设定转子铁芯9的饱和磁通密度B_s的上限值。具体而言，将与表示漏出至定子2的磁通量的平方的变化的曲线的渐近线的交点设定为转子铁芯9的饱和磁通量B_s的上限值。在本实施方式中，如图所示，上限值设定为3.0T。

作为对于本实施方式中的永磁铁100的比较例，在将利用于永磁同步马达(Permanent Magnet Synchronous Motor：PMSM)等的永磁铁插入至屏障区域18的情况下，各桥部(转子铁芯9)的饱和磁通密度B_s为大致5T左右。另一方面，在本实施方式中，由于以使各桥部的饱和磁通密度B_s收敛于1.2T以上且3.0T以下的范围的方式来决定永磁铁100的大小，因此与作为比较例的永磁同步马达相比，能够使漏磁通量降低至1/4左右。即，能够将磁阻马达1的驱动不出现障碍的程度的永磁铁100插入至屏障区域18，而使各桥部的磁通饱和。

根据以上说明的第一实施方式，由于以使各桥部的饱和磁通密度B_s为1.2T以上的方式来决定永磁铁100的截面积和残留磁通密度，因此能够使各桥部饱和而磁性无效化。由此，能够不产生感应电压而改善磁阻马达1的凸极性，能够提高凸极比。其结果是，马达的性能(转矩、效率、功率因数等)改善，能够提升能量效率。

此外，根据上述的第一实施方式，由于以使各桥部的饱和磁通密度B_s为3T以下的方式来决定永磁铁100的截面积和残留磁通密度，因此从永磁铁100产生而交链到电枢绕组7的磁通101非常小，能够抑制感应电压的产生，不需要另行设置短路事故等的保护电路等。此外，由于不产生无负载铁损，因此能够改善作为使用了本马达的系统的能量效率。

另外，在目前的说明中，虽以电动机(马达)进行了说明，而作为发电机(generator)也能够运用本旋转设备，是实施方式的应用范围。

(第一实施方式的变形例)

以下，对第一实施方式的变形例进行说明。根据上述的数学式(1)以及(2)，只要在包含d轴以及q轴的截面的永磁铁100的总截面积S_M为固定，则能够不取决于在屏障区域18的永磁铁100的配置位置而使各桥部饱和。因此，作为第一实施方式的变形例，例如，使永磁铁100偏向外周桥部BD_S侧而配置。

图8是示出在屏障区域18的永磁铁100的配置位置的一例的图。一般而言，除桥部之外的铁芯区域的磁路宽度与桥宽度相比充分宽，即使桥部饱和，其它铁芯区域也不饱和。因此，即使插入永磁铁100，桥部以外的铁芯区域的相对磁导率仍为几千左右，非常大，在作为磁路来考虑的情况下为可忽视的阻值。因此，如图所示，即使在使永磁铁100配置于与中心桥部BD_C相比靠近外周桥部BD_S的位置的情况下，对中心桥部BD_C和外周桥部BD_S施加大致相同程度的磁动势，饱和等级也为同等。即，在屏障区域18中无论将永磁铁100配置于何处，均能够使各桥部的铁芯饱和。

此外，插入到单一的屏障区域18的永磁铁100的数量并不限于一个，也可以是多个。图9是示出在屏障区域18的永磁铁100的配置位置的其它例子的图。如图所示，例如，也可以以个数为非对称的方式将两个永磁铁100插入到夹着中心桥部BD_C而成对的屏障区域18中的任意一方。此时，在成对的屏障区域18双方，永磁铁100的截面积只要在上述数值范围内则也可以不同。

此外，磁阻马达1也可以为倾斜构造。图10是示出磁阻马达1的外观的一例的图。如图10(a)所示，在磁阻马达1为倾斜构造的情况下，如图10(b)所示，可以是磁通屏障11根据与由d轴以及q轴构成的截面正交的v轴(即旋转轴8)的位置而在该截面中的位置不同。在该情况下，永磁铁100的形状可以是与倾斜构造相配合的形状。

此外，在第一实施方式中，以在各磁通屏障11的每个屏障区域18插入有永磁铁100的情况进行了说明，但并不限于此，也可以形成在任意一个屏障区域18均未插入有永磁铁100的磁通屏障11。即，也可以是由永磁铁100使各桥部的磁通饱和从而使向d轴方向的漏磁通更减少的磁通屏障11和仅仅通过屏障区域18使向d轴方向的漏磁通减少的磁通屏障11混杂。

此外，将磁阻马达1的凸极设为四极进行了说明，但并不限于此，也可以是两极、六极、八极、其它任意极数。

(第二实施方式)

以下，对第二实施方式的磁阻马达1A进行说明。在此，作为与第一实施方式的不同点，对在通过夹着中心桥部BD_C而成对的屏障区域18的仅任意一方插入永磁铁100这一点进行说明。以下，将省略对于与上述的第一实施方式共同的功能等的说明。

图11是示出第二实施方式的磁阻马达1A的一极份的结构的与旋转轴8正交的剖视图。在第二实施方式中，在夹着中心桥部BD_C而成对的屏障区域18的仅任意一方插入永磁铁100，在另一方的屏障区域18插入具有与该永磁铁100相同程度的质量的重量调整构件WT。即，永磁铁100相对于磁通屏障11的中央部(例如在磁通屏障11的长边方向上距各端部的距离相同的位置)被设置于偏向某一侧的屏障区域18，重量调整构件WT设置于不偏向某一侧的另一方的屏障区域18。重量调整构件WT是非磁性体。在插入有重量调整构件WT的屏障区域18，为了固定重量调整构件WT而可以填充粘接性树脂等非磁性体，也可以与重量调整构件WT一起插入非磁性体的间隔物等。

另外，在图11中，仅对最靠近中心轴O的磁通屏障11标注表示屏障区域的18的符号、表示永磁铁的100的符号、表示重量调整构件的WT的符号，而对于其它磁通屏障11也是同样的。此外，将分割的屏障区域示如18a、18b。

在将重量调整构件WT插入至屏障区域18的情况下，在上述数学式(1)或(2)中，永磁铁100的总截面积S_M设为不包含重量调整构件WT的截面积。即，仅使用插入到一方的屏障区域18的永磁铁100的截面积来评价转子铁芯9的饱和磁通密度B_s即可。

此外，在图11的例子中，仅在d轴的右侧插入有重量调整构件WT，但并不限于此，可以在每个磁通屏障11更换重量调整构件WT的配置。

以下，对第二实施方式的磁阻马达1A的转子铁芯9的饱和磁通密度B_s、各桥部的相对磁导率和交链于电枢绕组7的漏磁通量的关系进行说明。

图12是示出转子铁芯9的饱和磁通密度B_s、各桥部的相对磁导率和交链于电枢绕组7的漏磁通量的关系的其它例子的图。各桥部的相对磁导率是桥部的磁导率相对于真空的磁导率的比率。在第二实施方式中，也与第一实施方式同样地，设为按漏出至定子2的磁通量的平方值进行评价。

图12所示的结果是设想图11所示的磁阻马达1A的结构的模型时的解析结果。在用于该解析的模型中，例如，在磁阻马达1A的相对于旋转轴8的一极份的截面中，设转子铁芯9为硅钢板(非线性磁化特性)，设磁通屏障11为3层，设各个磁通屏障11的屏障区域18为两个，设各个磁通屏障11包含的中心桥部BD_C为1个。此外，在用于解析的模型中，在两个屏障区域18这双方插入具有相同程度的截面积以及残留磁通密度B_r的永磁铁100。图中的饱和磁通密度B_s是利用上述的数学式(2)解析地导出的值。

图12所示的结果与上述的图7所示的结果同样地，在着眼于各桥部的相对磁导率的情况下，在转子铁芯9的饱和磁通密度B_s从0至1.2T(特斯拉)的范围，各桥部的相对磁导率趋于增加。此外，在饱和磁通密度B_s为1.2T以上的范围，各桥部的相对磁导率趋于减少。另一方面，在着眼于漏磁通量的情况下，在转子铁芯9的饱和磁通密度B_s为至大约2T为止的范围，漏出至定子2的磁通量(磁通的平方值)为零左右，在转子铁芯9的饱和磁通密度B_s为2T以上的范围，漏出至定子2的磁通量以指数函数地增加。因此，即使中心桥部BD_C的数量为两个的情况下，也以使各桥部的饱和磁通密度B_s收敛于1.2T以上且3.0T以下的范围的方式来决定永磁铁100的截面积，从而能够抑制漏磁通量的增加，并使各桥部的磁通饱和。这样，即使在进行了变更桥部的数量或位置那样的设计变更的情况下，使用数学式(1)、(2)的理论公式导出的结果也示出同样的趋势，只要以使各桥部的饱和磁通密度B_s收敛于上述数值范围内的方式来决定永磁铁100的截面积，则能够得到相同的效果。

根据以上说明的第二实施方式，与上述的第一实施方式同样地，将不产生磁阻马达1的感应电压的程度的永磁铁100设置于屏障区域18，从而与在屏障区域18未设置永磁铁100的磁阻马达1相比，能够改善凸极性。其结果是，能够提升能量效率。

此外，根据上述的第二实施方式，插入重量调整构件WT来代替永磁铁100，从而能够在转子3消除机械失衡，能够使在磁通屏障11间的转子铁芯9(也包含各桥部)产生的应力均衡地分散。其结果是，能够提升转子3的机械强度。

(第三实施方式)

以下，对第三实施方式的磁阻马达1B进行说明。在此，作为与第一以及第二实施方式的不同点，对不存在中心桥部BD_C或外周桥部BD_S中的任意一方这一点进行说明。以下，将省略对于与上述的第一以及第二实施方式共同的功能等的说明。

图13是示出第三实施方式的磁阻马达1B的一极份的结构的与旋转轴8正交的剖视图。在第三实施方式中，仅存在外周桥部BD_S，各磁通屏障11具有1个屏障区域18。在该情况下，在上述数学式(1)中，可以通过将w_B视为2w_o来决定永磁铁100的大小。另外，在图13中，仅对最靠近中心轴O的磁通屏障11标注表示屏障区域的18的符号、表示永磁铁的100的符号，而对其它磁通屏障11也是同样的。

此外，在图13所示的磁阻马达1B中，也可以仅存在中心桥部BD_C。在该情况下，在上述数学式(1)中，可以通过将w_B视为w_C来决定永磁铁100的大小。

根据以上说明的第三实施方式，与上述的第一以及第二实施方式同样地，将不产生磁阻马达1的感应电压的程度的永磁铁100设置于屏障区域18，从而与在屏障区域18未设置永磁铁100的磁阻马达1相比，能够改善凸极性。其结果是，能够提升能量效率。

此外，根据上述的第三实施方式，由于能够减少桥部的数量，因此能够减小设置于屏障区域18的永磁铁100。

(第四实施方式)

以下，对第四实施方式的磁阻马达1C进行说明。在此，作为与第一到第三实施方式的不同点，对形成有三个以上屏障区域18这一点进行说明。以下，将省略对于与上述的第一到第三实施方式共同的功能等的说明。

图14是示出第四实施方式的磁阻马达1C的一极份的结构的与旋转轴8正交的剖视图。在图14中，仅对最靠近中心轴O的磁通屏障11标注表示屏障区域的18的符号、表示永磁铁的100的符号，而对其它磁通屏障11也是同样的。此外，将分割的屏障区域示如18a、18b、18c。在第四实施方式中，由于在各磁通屏障11形成有三个屏障区域18，因此在磁通屏障11两端之间的中间地点形成有两个中心桥部BD_C。而且，在屏障区域18之中的位于中央(最靠近中心轴O)的屏障区域18b安装有永磁铁100。

图15是示出在屏障区域18的永磁铁100的配置位置的其它例子的图。永磁铁100在各个磁通屏障11中，被插入到多个屏障区域18之中的距旋转轴8的距离最短的屏障区域18。在图示的例子中，是屏障区域18b。另外，永磁铁100也可以不被插入到由两个中心桥部BD_C夹着的屏障区域18b，而被插入到位于该屏障区域18b的两侧的屏障区域18a以及18c的各屏障区域。由此，永磁铁100的磁通变得容易大致均等地流至两个外周桥部BD_S以及两个中心桥部BD_C。此外，由于永磁铁100被插入到三个屏障区域18之中的中间的屏障区域18b或两侧的各个屏障区域18a以及18c，因此能够在转子3中消除机械失衡，能够使在磁通屏障11间的转子铁芯9(也包含各桥部)产生的应力均衡地分散。

在第四实施方式中，每个磁通屏障11的屏障区域18的厚度t_FB被视为全部屏障区域18的厚度的平均。例如，在将屏障区域18a以及18c各自的宽度定义为l_OFB、将厚度定义为t_OFB、将屏障区域18b的宽度定义为l_CFB、将厚度定义为t_CFB的情况下，能够表示为t_FB＝(2t_OFB+t_CFB)/3。此外，由于永磁铁100为一个，因此永磁铁100的总截面积S_M为l_M与t_M之积。此外，全部桥部的宽度的总和w_B表示为w_B＝2(w_o+w_C)。通过使用这些参数，从而能够以使通过间隙G而交链至电枢绕组7的漏磁通变小(即，感应电压变小)的方式来决定永磁铁100的截面积和残留磁通密度。

根据以上说明的第四实施方式，与上述的第一到第三实施方式同样地，将不产生磁阻马达1的感应电压的程度的永磁铁100设置于屏障区域18，从而与在屏障区域18未设置永磁铁100的磁阻马达1相比，能够改善凸极性。其结果是，能够提升能量效率。

此外，根据所说明的至少一个实施方式，由于以使各桥部的饱和磁通密度B_s收敛于1.2T以上且3.0T以下的范围的方式来决定永磁铁100的截面积和残留磁通密度，因此能够使感应电压最小化，并使各桥部磁性无效化。由此，能够改善磁阻马达1的凸极性，能够提高凸极比。其结果是，马达的性能(转矩、效率、功率因数等)改善，能够提升能量效率。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提出的，并不旨在限定发明的范围。这些实施方式能够以其它各种方式来实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或主旨中，同样地包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围。

Claims (6)

1.一种转子，具备：

轴，绕轴心旋转；以及

转子铁芯，固定于所述轴，

在所述转子铁芯，从所述转子铁芯的外周面的某一部位至其它部位的多个磁通屏障在所述转子铁芯的径向上排列地形成，

在所述磁通屏障形成有多个桥部，所述多个桥部包括在所述磁通屏障的长边方向的两端形成所述转子铁芯的外周面的一部分的桥部，

在所述多个桥部之间形成有与在所述转子铁芯的所述磁通屏障以外的部分相比磁导率低的一个或多个屏障区域，

在至少一个所述屏障区域设置有永磁铁，

所述永磁铁的磁化方向朝向与在设置有所述永磁铁的位置的所述磁通屏障的长边方向交叉的方向，

在设μ₀为在所述屏障区域中的所述永磁铁不存在的区域的磁导率、S_M为在与所述轴的延伸方向正交的平面的所述永磁铁的截面积、B_r为所述永磁铁的残留磁通密度、μ_re为所述永磁铁的回复磁导率、t_FB为所述屏障区域的厚度的最小和最大的算术平均、w_B为所述桥部的宽度的最小和最大的算术平均的情况下，(μ₀×S_M×B_r)/(μ_re×t_FB×w_B)的值为1.2以上且3.0以下的范围内。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，

在所述转子铁芯形成有由所述磁通屏障划分并由定子形成的磁通通过的一个以上的磁路。

3.根据权利要求1所述的转子，其中，

在形成于偏向至少一个所述磁通屏障的长边方向的两端的任意一方一侧的位置的所述屏障区域设置有所述永磁铁，在形成于偏向另一方一侧的位置的所述屏障区域设置有具有与所述永磁铁相同程度的质量的重量调整构件。

4.根据权利要求1所述的转子，其中，

在所述屏障区域内，在所述转子铁芯与所述永磁铁之间填充有非磁性体。

5.根据权利要求1所述的转子，其中，

在至少一个所述磁通屏障形成有多个所述屏障区域，在多个所述屏障区域之中的、最靠近所述轴的屏障区域设置有所述永磁铁。

6.一种磁阻马达，具备：

权利要求1所述的转子；

定子铁芯，在所述转子铁芯的外周与所述转子铁芯隔开间隔地配置，具有相互在周向上隔开间隔地排列的多个齿部；以及

多极的多相电枢绕组，分别卷绕于所述多个齿部。