本發(fā)明涉及一種在轉(zhuǎn)子的外周面配置有永磁體的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機。

背景技術(shù)：
當(dāng)前，公開了一種永磁體型旋轉(zhuǎn)電機，其具有轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子經(jīng)由氣隙而配置于定子的中空部，在轉(zhuǎn)子鐵芯的外周部設(shè)置多個放射狀的凸起部，在所述凸起部間配置厚度薄的永磁體，在該永磁體型旋轉(zhuǎn)電機中，使所述凸起部的徑向的高度比所述永磁體的中央部的厚度低(例如參照專利文獻1、2)。專利文獻1：日本特開2001-037122號公報(段落0020～0022，圖5)專利文獻2：日本特開2005-065417號公報(段落0025、0034、0035，圖1)

技術(shù)實現(xiàn)要素：
根據(jù)上述專利文獻1、2所記載的現(xiàn)有技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的扭矩脈動的減小，但由于使用厚度薄的永磁體，因此磁阻扭矩小，導(dǎo)致平均扭矩的降低。本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于得到一種一邊使扭矩脈動減小、一邊實現(xiàn)高扭矩化的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機。為了解決上述的課題、實現(xiàn)目的，本發(fā)明的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機具有：定子，其在圓筒狀的定子鐵芯的內(nèi)周部形成多個齒及槽，以繞組配置于所述槽內(nèi)的方式在所述齒實施繞線；以及轉(zhuǎn)子，其經(jīng)由氣隙而配置于所述定子的中空部，在轉(zhuǎn)子鐵芯的外周部設(shè)置大于或等于2n個(n為大于或等于1的自然數(shù))放射狀的凸起部，在所述凸起部間配置鐵素體磁體，該永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的特征在于，使所述凸起部的徑向的高度，比所述鐵素體磁體的中央部的厚度更低。發(fā)明的效果本發(fā)明涉及的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機取得下述效果，即，在使用相對于氣隙長度具有充分的徑向厚度的鐵素體磁體的旋轉(zhuǎn)電機中，通過設(shè)置凸起部，從而能夠獲得凸極比，能夠一邊抑制扭矩的降低、一邊使扭矩脈動減小。附圖說明圖1是表示本發(fā)明的實施方式1涉及的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的橫剖視圖。圖2是圖1的局部放大圖。圖3是表示代表性的鐵素體磁體和釹磁體的磁特性的圖。圖4是表示導(dǎo)磁系數(shù)(＝磁體厚度/氣隙長度)與相對于永磁體的矯頑磁力的內(nèi)部退磁場比率之間的關(guān)系的圖。圖5是表示實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機中的凸起寬度間距與空隙磁通密度的高次諧波成分之間的關(guān)系的圖。圖6是表示實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機中的凸起寬度間距與扭矩之間的關(guān)系的圖。圖7是表示實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機中的凸起寬度間距與功率因數(shù)之間的關(guān)系的圖。圖8是表示實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機中的導(dǎo)磁系數(shù)與扭矩之間的關(guān)系的圖。圖9是表示實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機中的導(dǎo)磁系數(shù)與凸極比(Lq/Ld)之間的關(guān)系的圖。圖10是表示實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機中的磁體外周面的曲率半徑/轉(zhuǎn)子半徑與空隙磁通密度的高次諧波成分之間的關(guān)系的圖。圖11是表示本發(fā)明的實施方式2涉及的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的橫剖視圖。圖12是實施方式2的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的放大橫剖視圖。圖13是表示本發(fā)明的實施方式3涉及的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的放大橫剖視圖。圖14是表示本發(fā)明的實施方式4涉及的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的放大橫剖視圖。圖15是表示本發(fā)明的實施方式5涉及的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的放大橫剖視圖。具體實施方式下面，基于附圖對本發(fā)明涉及的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的實施方式詳細地進行說明。此外，本發(fā)明不限定于本實施方式。實施方式1.圖1是表示本發(fā)明的實施方式1涉及的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的橫剖視圖，圖2是圖1的局部放大圖。如圖1及圖2所示，實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10具有：定子20，其在圓筒狀的定子鐵芯21的內(nèi)周部分別形成24個齒22及槽23(通常，如果將n設(shè)為大于或等于1的自然數(shù)，則齒數(shù)為3n個，但本發(fā)明不限定于此)，以繞組配置于槽23內(nèi)的方式在齒22實施繞線；以及轉(zhuǎn)子30，其被軸33支撐而經(jīng)由氣隙配置于定子20的中空部，在轉(zhuǎn)子鐵芯31的外周部配置有4個(2n個；n為大于或等于1的自然數(shù))鐵素體磁體32。實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10是極數(shù)為4、槽數(shù)為24、相數(shù)為3、每極每相的槽數(shù)為2的旋轉(zhuǎn)電機。配置于槽23內(nèi)的繞組省略了圖示。此外，實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10的定子鐵芯21及轉(zhuǎn)子鐵芯31是將多塊電磁鋼板層疊而形成的。在轉(zhuǎn)子鐵芯31的外周部，沿周向等間隔地設(shè)置放射狀的4個凸起部34，在相鄰的凸起部34間配置有鐵素體磁體32。在實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10中，將凸起部34的周向的凸起寬度St(參照圖2)設(shè)為通過π×轉(zhuǎn)子外徑/極數(shù)計算的磁極間距的5～11％的范圍。另外，凸起部34的徑向的高度Lt(參照圖2)比鐵素體磁體32的磁體中央部的厚度Lm低，比磁體端部的厚度Lme高，磁體外周面的曲率半徑R1設(shè)為轉(zhuǎn)子半徑R0的60％～100％的范圍。另外，鐵素體磁體32的磁體中央部的厚度Lm設(shè)為大于或等于轉(zhuǎn)子30與定子20之間的徑向的空隙長度即氣隙長度gm的10倍。接下來，對實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10的效果進行說明。<磁體矯頑磁力與所需的磁體厚度>首先，對實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10所使用的磁體材料進行說明。圖3是表示作為代表性的鐵素體磁體和釹磁體的磁特性曲線的J-H曲線及B-H曲線的圖。J-H曲線表示永磁體的磁化的大小根據(jù)外部磁場會發(fā)生怎樣變化。另外，B-H曲線表示對外部磁場的大小施加永磁體的磁化后的合計的磁通密度。圖3的J-H曲線與x軸(穿過0點的水平軸)的交點被稱為永磁體的矯頑磁力iHc。矯頑磁力iHc表示永磁體對由外部磁場產(chǎn)生的磁場的耐受力。在對永磁體施加了比矯頑磁力iHc小的磁場的情況下，如果去除該磁場，則永磁體的磁力恢復(fù)至施加磁場之前的狀態(tài)。然而，如果對永磁體施加大于或等于矯頑磁力iHc的磁場，則即使去除磁場，也會成為比施加磁場之前的磁力降低的狀態(tài)。該現(xiàn)象被稱為永磁體的退磁。另一方面，作用于永磁體的磁場能夠根據(jù)由流過定子20的繞組的電流所產(chǎn)生的外部磁場Hc與由永磁體的形狀、間隙長度等所決定的退磁場Hin之和而求出。退磁場Hin特別是由永磁體的厚度Lm和氣隙長度gm而決定的，在假定永磁體的表面積與間隙表面積相同的情況下，根據(jù)導(dǎo)磁系數(shù)Pc(＝永磁體的厚度Lm/氣隙長度gm)，能夠通過下面的式(1)而求出該退磁場Hin。在式(1)中，Br為永磁體的殘留磁通密度(B-H曲線上的H＝0處的B的值)，μ0為真空的相對導(dǎo)磁率，μr為永磁體的反沖相對導(dǎo)磁率。[式1]永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10由于要通過使電流流過定子20的繞組而產(chǎn)生扭矩，因此需要設(shè)計為流過盡可能多的電流。因此，需要設(shè)計為相對于鐵素體磁體32的矯頑磁力iHc，鐵素體磁體32的內(nèi)部退磁場Hin所占的比率(Hin/iHc)變小。接下來，就相對于導(dǎo)磁系數(shù)Pc(＝磁體厚度Lm/氣隙長度gm)的內(nèi)部退磁場比率(Hin/iHc)進行研究。圖4是表示導(dǎo)磁系數(shù)Pc與相對于永磁體的矯頑磁力iHc的內(nèi)部退磁場Hin的比率之間的關(guān)系的圖，是對釹磁體及鐵素體磁體中的相對于矯頑磁力iHc的內(nèi)部退磁場Hin的比率計算出的結(jié)果。如圖4所示，可知在釹磁體和鐵素體磁體中，即使是相同導(dǎo)磁系數(shù)Pc(磁體厚度Lm/氣隙長度gm)，相對于矯頑磁力iHc的內(nèi)部退磁場Hin的比率也不同。在永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10的設(shè)計中，通常將內(nèi)部退磁場Hin的比率設(shè)為10％左右，在該情況下，如圖4所示，在釹磁體的情況下導(dǎo)磁系數(shù)Pc需要為5左右，在鐵素體磁體的情況下導(dǎo)磁系數(shù)Pc需要為10左右。另一方面，決定導(dǎo)磁系數(shù)Pc的氣隙長度gm根據(jù)永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10的制造方法、大小而不同，但無論是鐵素體磁體型旋轉(zhuǎn)電機10還是釹磁體型旋轉(zhuǎn)電機，只要是表面磁體型旋轉(zhuǎn)電機(SPM旋轉(zhuǎn)電機)，通常為0.5～2.0mm左右。因此，例如，在假設(shè)氣隙長度gm＝1mm的情況下，為了實現(xiàn)上述的導(dǎo)磁系數(shù)Pc所需的磁體厚度Lm在釹磁體型旋轉(zhuǎn)電機中約為5mm，與此相對，在鐵素體磁體型旋轉(zhuǎn)電機10中約為10mm。此外，無論是釹磁體型旋轉(zhuǎn)電機還是鐵素體磁體型旋轉(zhuǎn)電機10，為了低成本化均設(shè)計為磁體使用量盡可能地變少。為此，以上述的磁體厚度Lm為基準，進行考慮了永磁體型旋轉(zhuǎn)電機的最大扭矩等(最大電流通電時的磁場)規(guī)格后的極限設(shè)計。實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10基于下述特征而成為適用于使用鐵素體磁體32的旋轉(zhuǎn)電機的構(gòu)造，即，在使用矯頑磁力低的鐵素體磁體32的旋轉(zhuǎn)電機中，相對于氣隙長度gm而必須使磁體厚度Lm變厚。<凸起寬度與扭矩脈動>接下來，對實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10的扭矩脈動減小效果進行說明。永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10的扭矩與下述乘積大致成正比，即，由鐵素體磁體32產(chǎn)生的感應(yīng)電壓與對定子20的繞組進行通電的電流的乘積。因此，如果感應(yīng)電壓和通電電流波形呈理想的正弦波形狀，則產(chǎn)生扭矩為固定值。然而，如果在感應(yīng)電壓包含有高次諧波成分，則會產(chǎn)生扭矩脈動。特別地，3相的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10的扭矩脈動產(chǎn)生電源頻率的6i倍(i為整數(shù)；6f、12f等)的成分。6f成分的扭矩脈動是由感應(yīng)電壓的5階、7階所引起的，12f成分的扭矩脈動是由感應(yīng)電壓的11階、13階所引起的。由此，為了使永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10的扭矩脈動減小，需要使感應(yīng)電壓的5階、7階、11階、13階的高次諧波成分盡可能地變小。另外，感應(yīng)電壓是通過空隙磁通密度隨時間變化而產(chǎn)生的，因此為了使感應(yīng)電壓的高次諧波成分變小，需要使空隙磁通密度的高次諧波成分變小。另一方面，對于平均扭矩，需要使感應(yīng)電壓的基本波成分即空隙磁通密度的基本波成分盡可能地變大。因此，首先，對實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10的轉(zhuǎn)子30的構(gòu)造的空隙磁通密度的高次諧波成分進行計算。如果將通過{磁體寬度/(轉(zhuǎn)子外徑尺寸×π/極數(shù))}×π＝磁體寬度×極數(shù)/轉(zhuǎn)子外徑尺寸計算出的磁體間距設(shè)為2α，則與氣隙中央部的周向?qū)?yīng)的空隙磁通密度Bg(θ)能夠通過下面的式(2)而進行計算。在這里，磁體寬度是永磁體的旋轉(zhuǎn)方向的寬度尺寸。在式(2)中，γ為高次諧波階數(shù)，gm為氣隙長度，Lm為磁體的徑向厚度，μr為永磁體的反沖相對導(dǎo)磁率，Br為永磁體的殘留磁通密度。其中，假設(shè)轉(zhuǎn)子30的半徑R0與鐵素體磁體32的外周面的曲率半徑R1相同。[式2]圖5是表示利用式(2)求出的實施方式1的永磁體型旋轉(zhuǎn)電機10中的凸起寬度與空隙磁通密度的高次諧波成分之間的關(guān)系的圖。在圖5中，將凸起寬度表示為...