多相凸极式电机转让专利
申请号 : CN200610059649.6
文献号 : CN1848605B
文献日 : 2010-11-03
发明人 : 榎本裕治 , 伊藤元哉 , 宫田健治 , 石原千生 , 正木良三 , 茂木康彰 , 碕崎弘毅 , 佐藤正
申请人 : 株式会社日立产机系统 , 日立粉末冶金株式会社 , 日本伺服有限公司
摘要 :
一种多相凸极式电机，形成有多个由爪部、径向磁轭部、和外周侧磁轭构成的爪磁极，其中，所述爪部具有在轴方向上延伸且与转子保持微小间隔而相对向的磁极面，所述径向磁轭部从所述爪部向外径侧延伸，所述外周侧磁轭从所述径向磁轭部向与所述爪部相同的方向延伸，通过在周方向上交替配置所述爪磁极，使所述爪部的前端与相邻接的爪磁极的径向磁轭部相对向，U相、V相、W相沿轴方向排列，形成定子铁心，用所述定子铁心的相邻接的所述爪磁极夹住环状线圈并构成定子，所述多相凸极式电机的特征在于，所述爪磁极是通过压缩磁性粉而形成，并且，由具有在施加10000A/m的磁场的情况下其磁通密度为1.7特斯拉以上的直流磁化特性的磁性成形体形成。
权利要求 :
1.一种多相凸极式电机，形成有多个由爪部、径向磁轭部、和外周侧磁轭构成的爪磁极，其中，所述爪部具有在轴方向上延伸且与转子保持微小间隔而相对向的磁极面，所述径向磁轭部从所述爪部向外径侧延伸，所述外周侧磁轭从所述径向磁轭部向与所述爪部相同的方向延伸，其特征在于：所述爪磁极包括在轴方向的第一爪磁极(9A)和第二爪磁极(9B)，该第一爪磁极和该第二爪磁极为同一形状，通过在周方向上交替配置所述第一爪磁极(9A)和第二爪磁极(9B)，使所述爪部(10)的前端与相邻接的第一爪磁极(9A)或第二爪磁极(9B)的径向磁轭部(11)相对向，形成内置有环状线圈(13U、13V、13W)的定子铁心(6U、6V、6W)，即构成U相、V相、W相，所述U相、V相、W相沿轴方向排列且在周方向上以电角错开120度，所述第一爪磁极及第二爪磁极是通过压缩磁性粉而形成，并且，由具有在施加10000A/m的磁场的情况下其磁通密度为1.7特斯拉以上的直流磁化特性的磁性成形体形成。
2.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，所述第一爪磁极及第二爪磁极的爪部和径向磁轭部的连结部构成的内侧角部、以及径向磁轭部和外周侧磁轭的连结部构成的内侧角部分别形成为由多个角构成的凹曲面部。
3.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，所述第一爪磁极及第二爪磁极的磁极面的与邻接的磁极面对向的对向部按照与轴方向平行的方式形成。
4.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，所述多个第一爪磁极及第二爪磁极由树脂成形被一体化。
5.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，在所述第一爪磁极与第二爪磁极的对向部设置有定位用配合部。
6.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，所述爪部按照随着从前端朝向径向磁轭部，径方向厚度逐渐增大的方式构成。
7.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，所述转子在周方向上具有多个与所述第一爪磁极及第二爪磁极的磁极面对向的永久磁铁，所述永久磁铁按照与所述磁极面之间的间隙为中心部狭窄而周方向的两侧宽的方式形成。
8.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，所述第一爪磁极及第二爪磁极是以每一个极或每多个极被分割构造形成。
9.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，所述转子是凸极式转子、或具有笼型感应线圈的转子。
10.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，由PWM控制被驱动。
11.根据权利要求1所述的多相凸极式电机，其特征在于，所述第一爪磁极的爪部及第二爪磁极的爪部在轴方向上平行延伸，与所述转子对向的面上相邻的爪部之间的距离在朝向所述爪磁极的径向从转子远离的方向上变化，且在所述第一爪磁极及第二爪磁极的内周面处的所述距离比其他部分的所述距离小。
说明书 :
技术领域
本发明涉及使用在工业、家电、汽车等领域的三相凸极式电机，尤其涉及改良了定子铁心的三相凸极式电机。
背景技术
在普通的转动电机中，为了增加绕线的卷绕率并提高磁通的利用率，例如特开2003-333777号公报所公开一样，具有凸极式铁心的事实引起了人们的注意。
在具有上述以往的凸极式铁心的转动电机中，通过叠层轧制钢板而构成凸极式铁心的爪磁极，因此，只能得到单纯的形状的爪磁极，其结果，存在不能得到期望的高效率的转动电机的问题。
在具有上述以往的凸极式铁心的转动电机中，通过叠层轧制钢板而构成凸极式铁心的爪磁极，因此，只能得到单纯的形状的爪磁极，其结果，存在不能得到期望的高效率的转动电机的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供容易制造爪磁极，且具有高效率的多相凸极式电机。
为了达到上述目的，本发明在以下所述的多相凸极式电机中，利用具有在施加10000A/m的磁场的情况下其磁通密度为1.7特斯拉的直流磁化特性的磁性成形体，形成所述爪磁极，即：由与转子保持微小间隙对向的磁极面并在轴方向上延伸的爪部、从该爪部向外径侧以直角延伸的径向磁轭部、和从该该径向磁轭部在与所述爪部相同的方向上延伸的外周侧磁轭形成多个爪磁极，所述爪磁极包括在轴方向为同一形状的第一爪磁极和第二爪磁极，并形成将第一、第二爪磁极交替配置在周方向上，且所述爪部的前端与相邻接的爪磁极的径向磁轭部相对向的定子铁心，形成内置有环状线圈的定子铁心，即构成U相、V相、W相，所述U相、V相、W相沿轴方向排列且在周方向上以电角错开120度，用该定子铁心的邻接的所述爪磁极夹住环状线圈来构成定子。
这样，通过压缩成形磁性粉形成第一、第二爪磁极，能够得到复杂的形状的爪磁极，进而，通过使用具有在施加10000A/m的磁场的情况下其磁通密度为1.7特斯拉的直流磁化特性的磁性成形体，能够得到高效率的电机。而且，第一、第二爪磁极通过压缩成形磁性粉而形成为轴方向一对为同一形状，相比叠层硅钢板的构成，能够得到复杂的磁极构造。
根据以上说明的本发明可知，能够容易制造爪磁极，具有高效率的多相凸极式电机。
本发明的其他的目的、特征、以及优点从关于附图的本发明的实施例的记载明显可知。
为了达到上述目的，本发明在以下所述的多相凸极式电机中，利用具有在施加10000A/m的磁场的情况下其磁通密度为1.7特斯拉的直流磁化特性的磁性成形体，形成所述爪磁极，即：由与转子保持微小间隙对向的磁极面并在轴方向上延伸的爪部、从该爪部向外径侧以直角延伸的径向磁轭部、和从该该径向磁轭部在与所述爪部相同的方向上延伸的外周侧磁轭形成多个爪磁极，所述爪磁极包括在轴方向为同一形状的第一爪磁极和第二爪磁极，并形成将第一、第二爪磁极交替配置在周方向上，且所述爪部的前端与相邻接的爪磁极的径向磁轭部相对向的定子铁心，形成内置有环状线圈的定子铁心，即构成U相、V相、W相，所述U相、V相、W相沿轴方向排列且在周方向上以电角错开120度，用该定子铁心的邻接的所述爪磁极夹住环状线圈来构成定子。
这样，通过压缩成形磁性粉形成第一、第二爪磁极，能够得到复杂的形状的爪磁极，进而，通过使用具有在施加10000A/m的磁场的情况下其磁通密度为1.7特斯拉的直流磁化特性的磁性成形体，能够得到高效率的电机。而且，第一、第二爪磁极通过压缩成形磁性粉而形成为轴方向一对为同一形状，相比叠层硅钢板的构成，能够得到复杂的磁极构造。
根据以上说明的本发明可知，能够容易制造爪磁极，具有高效率的多相凸极式电机。
本发明的其他的目的、特征、以及优点从关于附图的本发明的实施例的记载明显可知。
附图说明
图1是使用在本发明的三相凸极式电机的第一实施方式的第一爪磁极和第二爪磁极的分解立体图。
图2是表示组装了图1中的第一爪磁极和第二爪磁极的三相的定子铁心的一部分的部分立体图。
图3是表示本发明的三相凸极式电机的整体的概略纵剖侧视图。
图4(A)是沿图3的A-A线的剖视图，(B)是沿图3的B-B线的剖视图，(C)是沿C-C线的剖视图，(d)图是感应线圈型转子的结构，(e)图是同时具有感应线圈和磁铁的转子的结构，(f)图是突极式转子的结构。
图5(A)是表示各种磁铁材料的磁化特性的线图，(B)是表示各种铁心材料的磁化特性的线图。
图6(A)是表示铁心的网格模型和各种铁心材料的三维磁场的解析的计算结果的线图，(B)是表示由各种铁心材料构成的电机的输出转矩的计算结果的线图，(C)是表示由各种铁心材料构成的电机为1000A/m时磁通密度和输出转矩的关系的线图，(D)是表示由压粉铁心构成的电机的爪磁极的厚度和输出转矩的关系的线图，(E)是表示由各种铁心材料构成的电机为1000A/m时磁通密度和输出转矩的关系的线图。
图7(A)是表示爪磁极和主磁通和漏磁通的纵向剖视图，(B)是表示爪磁极的漏磁通的展开俯视图。
图8是表示将爪磁极的爪部的形状和交链磁通的有效值之间的关系用三维磁场解析计算的结果的线图。
图9是表示本发明的三相凸极式电机的第二实施方式的一部分截断立体图。
图10是表示本发明的三相凸极式电机的第三实施方式的一部分纵向立体图。
图11是表示本发明的三相凸极式电机的第四实施方式的一部分截断立体图。
图12是表示图11的磁极和爪磁极之间的关系的一部分纵向剖视图。
图13是表示第四实施方式的变形例的展开俯视图。
图14是表示本发明的三相凸极式电机的第五实施方式的一部分截断立体图。
图15是表示本发明的三相凸极式电机的第六实施方式的一部分分解立体图。
图16是表示本发明的第六实施方式的实施例的一部分分解立体图。
图17是表示本发明的三相凸极式电机的第七实施方式的爪铁心的立体图。
图18是表示第八实施方式的变形例的立体图。
图19是表示爪磁极的变形例的立体图。
图20是表示爪磁极的其他的变形例的立体图。
图21是表示爪磁极的进而其他的变形例的立体图。
图22(A)是表示使用了SPCC等铁板的凸极式电机的感应电动势的测定结果的线图，(B)是表示在转速为250r/min下的感应电压波形的线图，(C)是表示在转速为1000r/min下的感应电压波形的线图。
图2是表示组装了图1中的第一爪磁极和第二爪磁极的三相的定子铁心的一部分的部分立体图。
图3是表示本发明的三相凸极式电机的整体的概略纵剖侧视图。
图4(A)是沿图3的A-A线的剖视图，(B)是沿图3的B-B线的剖视图，(C)是沿C-C线的剖视图，(d)图是感应线圈型转子的结构，(e)图是同时具有感应线圈和磁铁的转子的结构，(f)图是突极式转子的结构。
图5(A)是表示各种磁铁材料的磁化特性的线图，(B)是表示各种铁心材料的磁化特性的线图。
图6(A)是表示铁心的网格模型和各种铁心材料的三维磁场的解析的计算结果的线图，(B)是表示由各种铁心材料构成的电机的输出转矩的计算结果的线图，(C)是表示由各种铁心材料构成的电机为1000A/m时磁通密度和输出转矩的关系的线图，(D)是表示由压粉铁心构成的电机的爪磁极的厚度和输出转矩的关系的线图，(E)是表示由各种铁心材料构成的电机为1000A/m时磁通密度和输出转矩的关系的线图。
图7(A)是表示爪磁极和主磁通和漏磁通的纵向剖视图，(B)是表示爪磁极的漏磁通的展开俯视图。
图8是表示将爪磁极的爪部的形状和交链磁通的有效值之间的关系用三维磁场解析计算的结果的线图。
图9是表示本发明的三相凸极式电机的第二实施方式的一部分截断立体图。
图10是表示本发明的三相凸极式电机的第三实施方式的一部分纵向立体图。
图11是表示本发明的三相凸极式电机的第四实施方式的一部分截断立体图。
图12是表示图11的磁极和爪磁极之间的关系的一部分纵向剖视图。
图13是表示第四实施方式的变形例的展开俯视图。
图14是表示本发明的三相凸极式电机的第五实施方式的一部分截断立体图。
图15是表示本发明的三相凸极式电机的第六实施方式的一部分分解立体图。
图16是表示本发明的第六实施方式的实施例的一部分分解立体图。
图17是表示本发明的三相凸极式电机的第七实施方式的爪铁心的立体图。
图18是表示第八实施方式的变形例的立体图。
图19是表示爪磁极的变形例的立体图。
图20是表示爪磁极的其他的变形例的立体图。
图21是表示爪磁极的进而其他的变形例的立体图。
图22(A)是表示使用了SPCC等铁板的凸极式电机的感应电动势的测定结果的线图，(B)是表示在转速为250r/min下的感应电压波形的线图，(C)是表示在转速为1000r/min下的感应电压波形的线图。
具体实施方式
以下，根据图1～图4对本发明的三相凸极式电机的第一实施方式进行说明。
三相凸极式电机具有：构成在转动轴1的转子2、与该转子2在周方向上保持微小间隔设置为同心状的定子5、和支承该定子5的定子框7，并构成为在该定子框7的两端部借由轴承8A、8B以转动自如的方式支承所述转动轴1。
所述转子2由与转动轴1以同心状形成的转子铁心3、和固定在其外周的利用永久磁铁的多个磁极4构成，所述定子5由定子铁心6U、6V、6W、和缠绕在这些定子铁心6U、6V、6W的环状线圈13构成。还有，将定子铁心6U、6V、6W用定子框7支撑，在该定子框7的两端部借由轴承8A、8B以转动自如的方式支承所述转动轴1。
所述定子铁心6U、6V、6W由第一爪磁极9A、和第二爪磁极9B构成，这些第一爪磁极9A和第二爪磁极9B由具有在轴方向上延伸并与所述转子2保持微小的间隙相对向的磁极面10F的爪部10、从该爪部10向外径侧以直角延伸的径向磁轭部11、和从该径向磁轭部11在与所述爪部10相同的方向上延伸的外周侧磁轭12构成。进而，所述径向磁轭部11和外周侧磁轭12具有所述爪部10的周方向长度L1的两倍以上的周方向长度L2，所述爪部10连结在具有这样的轴方向长度L2的径向磁轭部11的周方向的一方侧。另外，所述外周侧磁轭12具有径向磁轭部11的轴方向长度L3的大致1/2的轴方向长度L4。
还有，这些第一爪磁极9A和第二爪磁极9B是通过将磁性粉利用成形模具压缩成形而形成为同一形状的，相比叠层硅钢板的构成，能够得到复杂的磁极构造。
通过将这样的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B在周方向上交替配置，使所述爪部10的前端部，与邻接的爪磁极9A或爪磁极9B的径向磁轭部11的内径侧相对向，形成内置有环状线圈13U的定子铁心6U。将内置有这样的环状线圈13V、13W的定子铁心6V、6W在轴方向上，与定子铁心6U连结，并且，如图4(A)～4(C)所示，在周方向上以电角错开120度，构成具有与爪部10相同的数量的16极的磁极4的三相凸极式电机。还有，通过将这些三连定子铁心6U、6V、6W利用绝缘树脂进行浇铸，能够得到第一爪磁极9A、第二爪磁极9B、和环状线圈13U、13V、13W成一体的定子5。
转子2的结构不限于在表面配置了磁铁4的结构，只要是构成磁极的转子，如图4(f)所示的具有凸极性的转子，如图(d)所示的笼型感应线圈、图4(e)所示的同时具有磁铁和感应线圈的转子等，就能够得到转动转矩。
如上所述，将第一爪磁极9A和第二爪磁极9B通过压缩成形磁性粉而构成，由此，能够得到复杂的磁极结构，换而言之，能够得到可提高电机效率的磁极结构。
然而，图5表示测定了各原材料的磁特性的结果。该测定通过环状试料测定法(JISH7153)进行测定，表示了直流磁化特性。一般，压缩成形了磁性粉的铁心的成形体(压粉铁心1、2、3)相比利用轧制钢板(SPCCt0.5，SS400)的叠层铁心或利用硅钢板的叠层铁心(50A1300，50A800)，导磁率低，最大磁通密度也小。进而，即使为完全相同的形状，压缩成形的磁性粉的铁心(压粉铁心)也根据其铁粉和树脂粘结剂的掺合比例等而磁特性不同。如图5(b)所示，压粉磁心1在向其成形体施加10000A/m的磁场时得到的磁通密度为1.7特斯拉以上，在施加80000A/m的大磁场时，其磁通密度超过2特斯拉。另一方面，压粉磁心2在向其成形体施加10000A/m的磁场时得到的磁通密度为1.65特斯拉，即使在施加80000A/m的大磁场时，其磁通密度为1.8特斯拉左右。至于压粉磁心3，在向其成形体施加10000A/m的磁场时，得到的磁通密度也只有1.26特斯拉，即使在向其成形体施加80000A/m的磁场时，得到的磁通密度小于1.5特斯拉。可以想像当将作为压粉磁心的磁通密度低的压粉铁心3在做成电机时得到的转矩也会很小。
图6表示通过使用了有限单元法的三维磁场解析计算了电机的输出转矩的结果。首先，(a)图表示其网格模型。在该例子中，外径尺寸为￠60mm，模型化了八极结构的三相凸极式电机的一周期(相当于机械角45度)的电角。使用该模型，使用各个材料的磁特性计算在向各相的线圈施加电流时得到的输出转矩的结果如图6(b)所示。在将电机的形状设为完全相同的条件下计算的结果显示：该电机的输出转矩是材料的导磁率越高，输出转矩越大。即，如图5(b)所示的四种材料计算的结果显示：转矩最大的为SPCC，转矩最小的为压粉磁心3。如果将该关系，以将10000A/m时的磁通密度作为横轴，将输出转矩作为纵轴的方式表示在图6(c)，则可知输出转矩正比于磁通密度而变大。
其次，压粉磁心由于能够压缩成形其磁心形状而得到，因此，如上所述，能够采用提高效率的磁极形状。具体的方法来说，可以改变在SPCC中受限的磁极厚度等。增大压粉磁心的厚度进行如上所述的计算的计算结果如图6(d)所示。在将磁场磁铁的条件和电机的规格设为相同的条件下，如果增大压粉磁心的爪的厚度，则可知输出转矩具有最佳值。重复在先说明该最佳值的图6(c)，将图示的结果表示在图6(e)。可以确认压粉磁心1超过由SPCC构成的情况下的极限转矩的事实。
从而，在本实施方式中，压缩成形磁性粉而形成爪磁极9A、9B，并且，由在其压粉磁心成形体在10000A/m的磁场的情况下具有1.7特斯拉以上的直流磁化特性的压粉磁心成形体构成爪磁极定子磁心，由此，容易制造爪磁极9A、9B，从而，能够得到相比以往的铁板折曲式的凸极式电机更高效的多相凸极式电机。
另外，由压粉磁心构成多相凸极式电机对涡电流损耗的影响极小，因此，还具有能够由高频驱动的优点。关于所述的图5的输出转矩，在低速时(涡电流的影响小的频率范围)进行了对比，但如果达到高频，则由压粉磁心构成的电机一方的特性更加提高。图22表示转速和无负荷感应电动势的有效值之间的关系。由SPCC等铁板构成的凸极式电机如果其转速变大，则在铁板的内部的阻碍磁通的方向上流过涡电流，由于该电流引起的磁通的抵消作用，感应电动势的波形如图22(b)所示地发生歪斜，有效值变小。与之相对，在由压粉磁心构成磁心的凸极式电机中，几乎不流过涡电流，因此，相对频率(转动速度)成为线形的感应电动势有效值。从而，爪磁极的凸极式电机原本不可以使用在高速转动的情况，但由压粉磁心构成的凸极式电机可以在高速转速(高频范围)下驱动。
另外，由于几乎不流过涡电流，还可以应将正弦波状的电压分割为脉冲波进行驱动的PWM方式的控制方式。PWM是以脉冲状的电压获得电压的有效值的驱动方式，由于该脉冲的开关频率通常是电机的驱动电流的最大频率的10倍左右的非常高的频率，因此，因该高频成分而产生涡电流，故以往的由铁板构成的凸极式电机的铁损大，从而，导致效率差的电机。本发明的由压粉磁心构成的凸极式电机几乎不流过涡电流，故能够驱动。
另一方面，压缩成形了磁性粉的铁心的转矩脉动大，产生平均转矩的1/3左右的大脉动。该转矩脉动的产生原因是由于爪磁极9A、9B的一部分磁饱和而产生在环状线圈13U～13W的感应电压具有大的波形歪斜，而该波形歪斜也由于产生极间漏磁通或极内漏磁通的而产生。
将上述漏磁通之间的关系使用图7进行说明。图7(A)表示主磁通Φ的流动，形成如下的磁路，即：例如，出自N极的磁极4的主磁通Φ借由间隙进入第一爪磁极9A的爪部10，从该第一爪磁极9A的爪部10与环状线圈交链而进入第二爪磁极9B的爪部10，从第二爪磁极9B的爪部10借由间隙进入S极的磁极4，返回N极的磁极4。除了主磁通Φ之外，还有极间漏磁通￠1，该极间漏磁通￠如果第一爪磁极9A和第二爪磁极9B的爪部10之间的极间尺寸SO比磁极4和爪部10之间的间隙尺寸还小，则形成不与环状线圈13交链的前提下，直接流过爪部10之间的磁路，减少使用由永久磁铁构成的磁极4的磁通势的比例。因而，可以考虑增大所述爪部10之间的极间尺寸SO，但如果增大极间尺寸SO，则磁极面10F的宽度变窄，减小主磁通Φ与环状线圈13交链的交链磁通的有效值，因此，增大极间尺寸SO并非上策。
进而，极内漏磁通￠2，如图7(B)所示，构成如下的磁路，即：进入第一爪磁极9A的爪部10的主磁通Φ的一部分从第一爪磁极9A的爪部10的前端部成为极内漏磁通￠2，进入与邻接的第二爪磁极9B的相对向的径向磁轭部11，在周方向上流过该径向磁轭部11，到达第二爪磁极9B的爪部10。为了降低该极内漏磁通￠2，可以通过以下方法来应对：增大磁极面10F的角度θk，减小爪部10的前端部的剖面积，或增大爪部10的前端部和径向磁轭部11之间的间隙d1。但是，这些应对方法都需要减小磁极面10F的面积，因此，如上所述，减少交链磁通的有效值，从而，并非上策。
图8表示将极间尺寸SO和交链磁通的有效值之间的关系用所述的三维磁场解析计算的结果。
从图8明显可知，通过增大磁极面10F的角度θk，减小相邻接的爪部10之间的极间尺寸SO，能够增大交链磁通的有效值。但是，如上所述，交链磁通的有效值越大，漏磁通(￠1、￠2)也变大，因此，感应电压的波形的歪斜率变大。
根据图9对解决以上的漏磁通(￠1、￠2)的问题，并能够保持交链磁通大的有效值的本发明的三相凸极式电机的第二实施方式进行说明。还有，在图9中，与第一实施方式相同的符号表示同一部件，因此，省略重复详细说明。
在本实施方式中，增大磁极面10F的角度θk，并增加爪部10的厚度T，进而，使该厚度T从爪部10的前端向径向磁轭部11逐渐增大。
这样，通过增大爪部10的剖面积，能够保持交链磁通大的有效值，并且，通过增大爪部10的剖面积，减少第一、第二磁极9A、9B上的一部分磁饱和处。其结果，即使增大磁极面10F的角度θk，缩小极间尺寸SO，漏磁通(￠1、￠2)产生的情况少，能够减小感应电压的波形的歪斜率，能够抑制转矩脉动。
图10表示本发明的三相凸极式电机的第三实施方式，与第一实施方式不同点在于转子侧的磁极4的剖面形状。
即，在本实施方式中，将磁极4的剖面形状形成为周方向上的中央部最接近爪部10，周方向上的两端部最远离爪部10的凸出的曲面状。
通过将这样的凸出的曲面状形成在磁极4，能够使主磁通Φ从凸出的曲面的中央集中流入爪部10。另外，对于从如图7(A)所示的磁极4的周方向两端部流入爪部10的极间漏磁通￠1，通过增大与爪部10之间的间隙并增大磁通流路的电阻，能够减少漏磁通量。其次，能够在不减少交链磁铁的有效值的情况下减少极间漏磁通￠1。
其次，根据图11及图12，对能够通过改变爪部10的形状，降低漏磁通的本发明的三相凸极式电机的第四实施方式进行说明。
为了增大与爪部10的磁极4相对向的磁极面10F的面积并确保交链磁通的有效值，减小图1中的角度θk并设为平行。同时，将邻接的第一、第二爪磁极9A、9B的爪部10之间的极间尺寸SO也设为比爪部10和磁极4之间的间隙尺寸还大，但比与爪部10的磁极4相面向的一侧的厚度t的极间尺寸So小。
通过这样构成，限制流入爪部10的磁路狭窄且厚度为t的部分，因此，能够降低极间漏磁通￠1。
另外，关于极内漏磁通￠2，可以通过以下方法应对，即：增大爪部10的前端、和与之邻接的爪磁极9A(或9B)的径向磁轭部11之间的间隙d2。
还有，关于邻接的相之间的漏磁通￠3，例如图13所示，可以通过以下方法降低，即：增大U相侧的爪部10的前端、和邻接的V相侧的爪磁极9A的径向磁轭部11之间的d3。
图14表示本发明的三相凸极式电机的第五实施方式。
在本实施方式中，为了使主磁通Φ流过最短距离，在爪磁极9A、9B的爪部10和径向磁轭部11的连结部、以及径向磁轭部11和外周侧磁轭12的连结部的内侧角部，分别形成有由多个角形成的凹曲面部R1、R2。还有，该凹曲面部R1、R2通过连续多个角形成，但也可以由一个或多个曲面形成。
其次，根据图15对本发明的三相凸极式电机的第六实施方式进行说明。还有，用于提高第一爪磁极9A和第二爪磁极9B的交链磁通的有效值，减少漏磁通的基本结构遵照所述各实施方式，因此，省略重复说明。
如上所述，构成定子铁心6U、6V、6W的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B通过压缩成形磁性粉而形成，因此，能够一体地形成三维形状。还有，第一爪磁极9A和第二爪磁极9B由于形成为相同的形状，因此，希望的是，标上作为组装基准的记号，进而，如果该记号具有定位或组装用处的功能，就能够易于进行组装作业，并缩短作业时间，故非常合理。
在此，本实施方式形成了构成第一爪磁极9A及第二爪磁极9B的外周侧磁轭12的凹槽14、和能够与该凹槽14卡合的凸部15。这些凹槽14和凸部15在轴方向上形成凹凸，以使对接第一爪磁极9A和第二爪磁极9B时互相嵌合，凹槽14和凸部15形成在电角相差180度的周方向上的位置。还有，由于第一爪磁极9A和第二爪磁极9B为完全相同的形状，因此，能够用单一的金属模具压缩成形。
通过如上所述地构成，在组装第一爪磁极9A和第二爪磁极9B时，只要将凹槽14和凸部15向轴方向移动的同时，进行嵌合，使得由爪部10和径向磁轭部11夹住环状线圈13，就能够简单地完成组装。
图16表示第六实施方式的变形例，通过一体式成形方法形成引线槽16，所述引线槽16将环状线圈13的缠绕开始或/及缠绕结束的引线13R收容在第一爪磁极9A和第二爪磁极9B的径向磁轭部11上的与环状线圈13相面向的一侧并将其引出到外部。
这样，通过预先在径向磁轭部11设置引线槽16，不存在确保引线13R充分的空间的情况，因此，能够提高环状线圈13的卷绕密度，并且，能够将引线13R都引出到整个电机确定的方向。
还有，在上述第六实施方式中，提高了相内的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的组装性，但相之间的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的组装性的提高可以通过如图17所示的第七实施方式实现。
即，除了如图15所示的凹槽14和凹部15以外，在相之间的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的外周侧磁轭12上的径向磁轭部11一侧形成了沿轴方向的凹槽16和凸部17。还有，在从设置在至少一处的凸部17电角相差±60度和±120度的周方向上的位置，形成所述凸部17能够嵌合的凹槽16，由此，能够高精度确定相之间的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的外周侧磁轭12的位置，并且，易于组装。
图18表示表示第八实施方式的变形例，与第六实施方式的情形相同地在相之间的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的外周侧磁轭12形成有沿轴方向的嵌合孔18和嵌合突起19，通过本实施例，也能够起到与第六实施方式相同的效果。
还有，在以上的各实施方式中，对每一个极形成了第一爪磁极9A和第二爪磁极9B，但也可以如图19所示，形成一体化了1相(360度)的爪磁极20，如图20所示，形成一体化了1/2相(180度)的爪磁极21，如图20所示，形成一体化了1/4相(90度)的爪磁极22，这是不言而喻的。在这种情况下，将所述凹槽14、16或凸部15、17及嵌合孔18和嵌合突起19的设置位置关系分别设为电角的±60度和±120度的整数倍的角度关系也无妨。
上述记载关于实施例构成，但本发明不限于此，可以在本发明的精神和宗旨的范围内进行各种变更及修改的事实对本领域技术人员来说是显而易见的。
三相凸极式电机具有：构成在转动轴1的转子2、与该转子2在周方向上保持微小间隔设置为同心状的定子5、和支承该定子5的定子框7，并构成为在该定子框7的两端部借由轴承8A、8B以转动自如的方式支承所述转动轴1。
所述转子2由与转动轴1以同心状形成的转子铁心3、和固定在其外周的利用永久磁铁的多个磁极4构成，所述定子5由定子铁心6U、6V、6W、和缠绕在这些定子铁心6U、6V、6W的环状线圈13构成。还有，将定子铁心6U、6V、6W用定子框7支撑，在该定子框7的两端部借由轴承8A、8B以转动自如的方式支承所述转动轴1。
所述定子铁心6U、6V、6W由第一爪磁极9A、和第二爪磁极9B构成，这些第一爪磁极9A和第二爪磁极9B由具有在轴方向上延伸并与所述转子2保持微小的间隙相对向的磁极面10F的爪部10、从该爪部10向外径侧以直角延伸的径向磁轭部11、和从该径向磁轭部11在与所述爪部10相同的方向上延伸的外周侧磁轭12构成。进而，所述径向磁轭部11和外周侧磁轭12具有所述爪部10的周方向长度L1的两倍以上的周方向长度L2，所述爪部10连结在具有这样的轴方向长度L2的径向磁轭部11的周方向的一方侧。另外，所述外周侧磁轭12具有径向磁轭部11的轴方向长度L3的大致1/2的轴方向长度L4。
还有，这些第一爪磁极9A和第二爪磁极9B是通过将磁性粉利用成形模具压缩成形而形成为同一形状的，相比叠层硅钢板的构成，能够得到复杂的磁极构造。
通过将这样的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B在周方向上交替配置，使所述爪部10的前端部，与邻接的爪磁极9A或爪磁极9B的径向磁轭部11的内径侧相对向，形成内置有环状线圈13U的定子铁心6U。将内置有这样的环状线圈13V、13W的定子铁心6V、6W在轴方向上，与定子铁心6U连结，并且，如图4(A)～4(C)所示，在周方向上以电角错开120度，构成具有与爪部10相同的数量的16极的磁极4的三相凸极式电机。还有，通过将这些三连定子铁心6U、6V、6W利用绝缘树脂进行浇铸，能够得到第一爪磁极9A、第二爪磁极9B、和环状线圈13U、13V、13W成一体的定子5。
转子2的结构不限于在表面配置了磁铁4的结构，只要是构成磁极的转子，如图4(f)所示的具有凸极性的转子，如图(d)所示的笼型感应线圈、图4(e)所示的同时具有磁铁和感应线圈的转子等，就能够得到转动转矩。
如上所述，将第一爪磁极9A和第二爪磁极9B通过压缩成形磁性粉而构成，由此，能够得到复杂的磁极结构，换而言之，能够得到可提高电机效率的磁极结构。
然而，图5表示测定了各原材料的磁特性的结果。该测定通过环状试料测定法(JISH7153)进行测定，表示了直流磁化特性。一般，压缩成形了磁性粉的铁心的成形体(压粉铁心1、2、3)相比利用轧制钢板(SPCCt0.5，SS400)的叠层铁心或利用硅钢板的叠层铁心(50A1300，50A800)，导磁率低，最大磁通密度也小。进而，即使为完全相同的形状，压缩成形的磁性粉的铁心(压粉铁心)也根据其铁粉和树脂粘结剂的掺合比例等而磁特性不同。如图5(b)所示，压粉磁心1在向其成形体施加10000A/m的磁场时得到的磁通密度为1.7特斯拉以上，在施加80000A/m的大磁场时，其磁通密度超过2特斯拉。另一方面，压粉磁心2在向其成形体施加10000A/m的磁场时得到的磁通密度为1.65特斯拉，即使在施加80000A/m的大磁场时，其磁通密度为1.8特斯拉左右。至于压粉磁心3，在向其成形体施加10000A/m的磁场时，得到的磁通密度也只有1.26特斯拉，即使在向其成形体施加80000A/m的磁场时，得到的磁通密度小于1.5特斯拉。可以想像当将作为压粉磁心的磁通密度低的压粉铁心3在做成电机时得到的转矩也会很小。
图6表示通过使用了有限单元法的三维磁场解析计算了电机的输出转矩的结果。首先，(a)图表示其网格模型。在该例子中，外径尺寸为￠60mm，模型化了八极结构的三相凸极式电机的一周期(相当于机械角45度)的电角。使用该模型，使用各个材料的磁特性计算在向各相的线圈施加电流时得到的输出转矩的结果如图6(b)所示。在将电机的形状设为完全相同的条件下计算的结果显示：该电机的输出转矩是材料的导磁率越高，输出转矩越大。即，如图5(b)所示的四种材料计算的结果显示：转矩最大的为SPCC，转矩最小的为压粉磁心3。如果将该关系，以将10000A/m时的磁通密度作为横轴，将输出转矩作为纵轴的方式表示在图6(c)，则可知输出转矩正比于磁通密度而变大。
其次，压粉磁心由于能够压缩成形其磁心形状而得到，因此，如上所述，能够采用提高效率的磁极形状。具体的方法来说，可以改变在SPCC中受限的磁极厚度等。增大压粉磁心的厚度进行如上所述的计算的计算结果如图6(d)所示。在将磁场磁铁的条件和电机的规格设为相同的条件下，如果增大压粉磁心的爪的厚度，则可知输出转矩具有最佳值。重复在先说明该最佳值的图6(c)，将图示的结果表示在图6(e)。可以确认压粉磁心1超过由SPCC构成的情况下的极限转矩的事实。
从而，在本实施方式中，压缩成形磁性粉而形成爪磁极9A、9B，并且，由在其压粉磁心成形体在10000A/m的磁场的情况下具有1.7特斯拉以上的直流磁化特性的压粉磁心成形体构成爪磁极定子磁心，由此，容易制造爪磁极9A、9B，从而，能够得到相比以往的铁板折曲式的凸极式电机更高效的多相凸极式电机。
另外，由压粉磁心构成多相凸极式电机对涡电流损耗的影响极小，因此，还具有能够由高频驱动的优点。关于所述的图5的输出转矩，在低速时(涡电流的影响小的频率范围)进行了对比，但如果达到高频，则由压粉磁心构成的电机一方的特性更加提高。图22表示转速和无负荷感应电动势的有效值之间的关系。由SPCC等铁板构成的凸极式电机如果其转速变大，则在铁板的内部的阻碍磁通的方向上流过涡电流，由于该电流引起的磁通的抵消作用，感应电动势的波形如图22(b)所示地发生歪斜，有效值变小。与之相对，在由压粉磁心构成磁心的凸极式电机中，几乎不流过涡电流，因此，相对频率(转动速度)成为线形的感应电动势有效值。从而，爪磁极的凸极式电机原本不可以使用在高速转动的情况，但由压粉磁心构成的凸极式电机可以在高速转速(高频范围)下驱动。
另外，由于几乎不流过涡电流，还可以应将正弦波状的电压分割为脉冲波进行驱动的PWM方式的控制方式。PWM是以脉冲状的电压获得电压的有效值的驱动方式，由于该脉冲的开关频率通常是电机的驱动电流的最大频率的10倍左右的非常高的频率，因此，因该高频成分而产生涡电流，故以往的由铁板构成的凸极式电机的铁损大，从而，导致效率差的电机。本发明的由压粉磁心构成的凸极式电机几乎不流过涡电流，故能够驱动。
另一方面，压缩成形了磁性粉的铁心的转矩脉动大，产生平均转矩的1/3左右的大脉动。该转矩脉动的产生原因是由于爪磁极9A、9B的一部分磁饱和而产生在环状线圈13U～13W的感应电压具有大的波形歪斜，而该波形歪斜也由于产生极间漏磁通或极内漏磁通的而产生。
将上述漏磁通之间的关系使用图7进行说明。图7(A)表示主磁通Φ的流动，形成如下的磁路，即：例如，出自N极的磁极4的主磁通Φ借由间隙进入第一爪磁极9A的爪部10，从该第一爪磁极9A的爪部10与环状线圈交链而进入第二爪磁极9B的爪部10，从第二爪磁极9B的爪部10借由间隙进入S极的磁极4，返回N极的磁极4。除了主磁通Φ之外，还有极间漏磁通￠1，该极间漏磁通￠如果第一爪磁极9A和第二爪磁极9B的爪部10之间的极间尺寸SO比磁极4和爪部10之间的间隙尺寸还小，则形成不与环状线圈13交链的前提下，直接流过爪部10之间的磁路，减少使用由永久磁铁构成的磁极4的磁通势的比例。因而，可以考虑增大所述爪部10之间的极间尺寸SO，但如果增大极间尺寸SO，则磁极面10F的宽度变窄，减小主磁通Φ与环状线圈13交链的交链磁通的有效值，因此，增大极间尺寸SO并非上策。
进而，极内漏磁通￠2，如图7(B)所示，构成如下的磁路，即：进入第一爪磁极9A的爪部10的主磁通Φ的一部分从第一爪磁极9A的爪部10的前端部成为极内漏磁通￠2，进入与邻接的第二爪磁极9B的相对向的径向磁轭部11，在周方向上流过该径向磁轭部11，到达第二爪磁极9B的爪部10。为了降低该极内漏磁通￠2，可以通过以下方法来应对：增大磁极面10F的角度θk，减小爪部10的前端部的剖面积，或增大爪部10的前端部和径向磁轭部11之间的间隙d1。但是，这些应对方法都需要减小磁极面10F的面积，因此，如上所述，减少交链磁通的有效值，从而，并非上策。
图8表示将极间尺寸SO和交链磁通的有效值之间的关系用所述的三维磁场解析计算的结果。
从图8明显可知，通过增大磁极面10F的角度θk，减小相邻接的爪部10之间的极间尺寸SO，能够增大交链磁通的有效值。但是，如上所述，交链磁通的有效值越大，漏磁通(￠1、￠2)也变大，因此，感应电压的波形的歪斜率变大。
根据图9对解决以上的漏磁通(￠1、￠2)的问题，并能够保持交链磁通大的有效值的本发明的三相凸极式电机的第二实施方式进行说明。还有，在图9中，与第一实施方式相同的符号表示同一部件，因此，省略重复详细说明。
在本实施方式中，增大磁极面10F的角度θk，并增加爪部10的厚度T，进而，使该厚度T从爪部10的前端向径向磁轭部11逐渐增大。
这样，通过增大爪部10的剖面积，能够保持交链磁通大的有效值，并且，通过增大爪部10的剖面积，减少第一、第二磁极9A、9B上的一部分磁饱和处。其结果，即使增大磁极面10F的角度θk，缩小极间尺寸SO，漏磁通(￠1、￠2)产生的情况少，能够减小感应电压的波形的歪斜率，能够抑制转矩脉动。
图10表示本发明的三相凸极式电机的第三实施方式，与第一实施方式不同点在于转子侧的磁极4的剖面形状。
即，在本实施方式中，将磁极4的剖面形状形成为周方向上的中央部最接近爪部10，周方向上的两端部最远离爪部10的凸出的曲面状。
通过将这样的凸出的曲面状形成在磁极4，能够使主磁通Φ从凸出的曲面的中央集中流入爪部10。另外，对于从如图7(A)所示的磁极4的周方向两端部流入爪部10的极间漏磁通￠1，通过增大与爪部10之间的间隙并增大磁通流路的电阻，能够减少漏磁通量。其次，能够在不减少交链磁铁的有效值的情况下减少极间漏磁通￠1。
其次，根据图11及图12，对能够通过改变爪部10的形状，降低漏磁通的本发明的三相凸极式电机的第四实施方式进行说明。
为了增大与爪部10的磁极4相对向的磁极面10F的面积并确保交链磁通的有效值，减小图1中的角度θk并设为平行。同时，将邻接的第一、第二爪磁极9A、9B的爪部10之间的极间尺寸SO也设为比爪部10和磁极4之间的间隙尺寸还大，但比与爪部10的磁极4相面向的一侧的厚度t的极间尺寸So小。
通过这样构成，限制流入爪部10的磁路狭窄且厚度为t的部分，因此，能够降低极间漏磁通￠1。
另外，关于极内漏磁通￠2，可以通过以下方法应对，即：增大爪部10的前端、和与之邻接的爪磁极9A(或9B)的径向磁轭部11之间的间隙d2。
还有，关于邻接的相之间的漏磁通￠3，例如图13所示，可以通过以下方法降低，即：增大U相侧的爪部10的前端、和邻接的V相侧的爪磁极9A的径向磁轭部11之间的d3。
图14表示本发明的三相凸极式电机的第五实施方式。
在本实施方式中，为了使主磁通Φ流过最短距离，在爪磁极9A、9B的爪部10和径向磁轭部11的连结部、以及径向磁轭部11和外周侧磁轭12的连结部的内侧角部，分别形成有由多个角形成的凹曲面部R1、R2。还有，该凹曲面部R1、R2通过连续多个角形成，但也可以由一个或多个曲面形成。
其次，根据图15对本发明的三相凸极式电机的第六实施方式进行说明。还有，用于提高第一爪磁极9A和第二爪磁极9B的交链磁通的有效值，减少漏磁通的基本结构遵照所述各实施方式，因此，省略重复说明。
如上所述，构成定子铁心6U、6V、6W的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B通过压缩成形磁性粉而形成，因此，能够一体地形成三维形状。还有，第一爪磁极9A和第二爪磁极9B由于形成为相同的形状，因此，希望的是，标上作为组装基准的记号，进而，如果该记号具有定位或组装用处的功能，就能够易于进行组装作业，并缩短作业时间，故非常合理。
在此，本实施方式形成了构成第一爪磁极9A及第二爪磁极9B的外周侧磁轭12的凹槽14、和能够与该凹槽14卡合的凸部15。这些凹槽14和凸部15在轴方向上形成凹凸，以使对接第一爪磁极9A和第二爪磁极9B时互相嵌合，凹槽14和凸部15形成在电角相差180度的周方向上的位置。还有，由于第一爪磁极9A和第二爪磁极9B为完全相同的形状，因此，能够用单一的金属模具压缩成形。
通过如上所述地构成，在组装第一爪磁极9A和第二爪磁极9B时，只要将凹槽14和凸部15向轴方向移动的同时，进行嵌合，使得由爪部10和径向磁轭部11夹住环状线圈13，就能够简单地完成组装。
图16表示第六实施方式的变形例，通过一体式成形方法形成引线槽16，所述引线槽16将环状线圈13的缠绕开始或/及缠绕结束的引线13R收容在第一爪磁极9A和第二爪磁极9B的径向磁轭部11上的与环状线圈13相面向的一侧并将其引出到外部。
这样，通过预先在径向磁轭部11设置引线槽16，不存在确保引线13R充分的空间的情况，因此，能够提高环状线圈13的卷绕密度，并且，能够将引线13R都引出到整个电机确定的方向。
还有，在上述第六实施方式中，提高了相内的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的组装性，但相之间的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的组装性的提高可以通过如图17所示的第七实施方式实现。
即，除了如图15所示的凹槽14和凹部15以外，在相之间的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的外周侧磁轭12上的径向磁轭部11一侧形成了沿轴方向的凹槽16和凸部17。还有，在从设置在至少一处的凸部17电角相差±60度和±120度的周方向上的位置，形成所述凸部17能够嵌合的凹槽16，由此，能够高精度确定相之间的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的外周侧磁轭12的位置，并且，易于组装。
图18表示表示第八实施方式的变形例，与第六实施方式的情形相同地在相之间的第一爪磁极9A和第二爪磁极9B之间的外周侧磁轭12形成有沿轴方向的嵌合孔18和嵌合突起19，通过本实施例，也能够起到与第六实施方式相同的效果。
还有，在以上的各实施方式中，对每一个极形成了第一爪磁极9A和第二爪磁极9B，但也可以如图19所示，形成一体化了1相(360度)的爪磁极20，如图20所示，形成一体化了1/2相(180度)的爪磁极21，如图20所示，形成一体化了1/4相(90度)的爪磁极22，这是不言而喻的。在这种情况下，将所述凹槽14、16或凸部15、17及嵌合孔18和嵌合突起19的设置位置关系分别设为电角的±60度和±120度的整数倍的角度关系也无妨。
上述记载关于实施例构成，但本发明不限于此，可以在本发明的精神和宗旨的范围内进行各种变更及修改的事实对本领域技术人员来说是显而易见的。