转子和旋转电机的制作方法

1.本公开涉及一种转子和旋转电机。


背景技术：

2.迄今为止，已知有在转子铁芯的外周面附近沿周向留出间隔地埋入多个永磁铁的bpm(buried permanent magnet：永磁铁埋入)型转子(例如，参照非专利文献1)。
3.非专利文献1：r.p.jastrzebski.et al."design of a bearingless 100kw electric motor for high
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speed applications"，2015 18th international conference on electrical machines and systems(icems)，oct.25
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28，2015.pp.2008
‑
2014


技术实现要素：

4.－发明要解决的技术问题－
5.在现有的转子中，构成一个磁极的多个永磁铁沿周向等间隔地布置。这里，在将相同的永磁铁沿周向等间隔地布置的情况下，转子铁芯的外周面处的径向磁通密度分布成为矩形波状，因此有可能因谐波分量而导致在定子产生的铁损增大，从而旋转电机产生的转矩就会变小。
6.本公开的目的在于：增大应用了转子的旋转电机所产生的转矩。
7.－用以解决技术问题的技术方案－
8.本公开的第一方面涉及一种包括具有多个磁极36的转子铁芯31的转子，多个所述磁极36中包括至少一个第一磁极36，该第一磁极36由沿周向排列的三个以上的磁铁孔32、和分别收纳于多个该磁铁孔32中的多个永磁铁34构成，所述转子铁芯31中相邻的所述磁铁孔32之间的部分具有沿径向延伸的区域，所述磁铁孔32的靠径向外侧的端面相对于通过所述转子铁芯31的轴心o和该磁铁孔32的周向中央部的直线呈大致线对称，所述磁铁孔32的径向尺寸的最大值比该磁铁孔32的径向上的外侧面与所述转子铁芯31的外周面之间的部分的径向尺寸的最小值大，所述第一磁极36构成为：与沿周向等间隔地布置有多个所述磁铁孔32且由磁通量和数量大致相同的多个所述永磁铁34构成的磁极相比，所述转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布的谐波分量降低。
9.在第一方面中，在由上述条件定义的转子中，第一磁极36构成为：与沿周向等间隔地布置有多个磁铁孔32且由磁通量和数量大致相同的多个永磁铁34构成的磁极相比，转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布的谐波分量降低。
10.这样一来，通过使第一磁极36构成为保证转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布的谐波分量降低，从而能够抑制在定子产生的铁损，增大旋转电机产生的转矩。
11.本公开的第二方面在第一方面的基础上，将通过所述第一磁极36的中心和所述转子30的轴心o的直线作为磁极中心线37，且将通过所述永磁铁34的中心和所述转子30的轴心o的直线作为磁铁中心线35，与所述第一磁极36中位于周向两端的所述永磁铁34的磁化
方向平行的直线相对于该永磁铁34的所述磁铁中心线35倾斜，并且与该磁铁中心线35相比，与所述第一磁极36中位于周向两端的所述永磁铁34的磁化方向平行的直线随着从该永磁铁34的中心朝向径向外侧而向接近所述第一磁极36的所述磁极中心线37的方向倾斜，与所述第一磁极36中位于周向两端的所述永磁铁34的磁化方向平行的直线、和该永磁铁34的所述磁铁中心线35所成的角度大于0
°
且小于90
°
。
12.在第二方面中，由多个永磁铁34构成的第一磁极36产生的磁通集中在第一磁极36的中心。第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁通难以流入相邻的磁极36，因此在转子30内难以短路。通过有效利用永磁铁34的磁通，从而能够增大应用了转子30的旋转电机10所产生的转矩。
13.本公开的第三方面在第二方面的基础上，与所述第一磁极36中仅位于周向两端的所述永磁铁34的磁化方向平行的直线相对于该永磁铁34的所述磁铁中心线35倾斜。
14.在第三方面中，基于本技术发明人的发现，即：为了抑制转子30内的永磁铁34的磁通短路，将与由多个永磁铁34构成的第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线的方向设定成上述方向是最有效的。通过将与第一磁极36的仅位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线的方向设定成上述方向，从而能够获得增大应用了转子30的旋转电机10所产生的转矩的效果，并且能够减少易磁化轴彼此不同的永磁铁34的种类，抑制转子30的制造成本。
15.本公开的第四方面在第一到第三方面中任一方面的基础上，从轴向观察时，所述转子铁芯31的比所述永磁铁34更靠径向外侧的部分被铁芯材料填满。
16.在第四方面中，转子铁芯31的比永磁铁34更靠径向外侧的部分容易承受转子30旋转时产生的离心力。这是因为在该部分不存在隔磁桥等空隙。这样一来，就能够提高转子30的耐久性。
17.本公开的第五方面在第一到第四方面中任一方面的基础上，各所述永磁铁34被收纳在形成于所述转子铁芯31上的磁铁孔32内。
18.在第五方面中，能够抑制在转子30旋转时永磁铁34飞散。
19.本公开的第六面在第一到第五方面中任一方面的基础上，将通过所述永磁铁34的中心和所述转子30的轴心o的直线作为磁铁中心线35，各所述永磁铁34相对于自身的所述磁铁中心线35呈对称状。
20.在第六方面中，能够使转子30适于高速旋转。
21.本公开的第七面在第一到第六方面中任一方面的基础上，各所述永磁铁34沿周向等间隔地布置。
22.在第七方面中，能够使转子30适于高速旋转。
23.本公开的第八方面在第一方面的基础上，多个所述永磁铁34的磁铁宽度、磁铁厚度、剩余磁通密度以及收纳在所述磁铁孔32内的数量中的至少一者互不相同，所述第一磁极36在所述转子铁芯31的外周面具有磁通量比该第一磁极36的位于周向两端的所述磁铁孔32的径向区域的磁通量多的区域。
24.在第八方面中，多个永磁铁34的磁铁宽度、磁铁厚度、剩余磁通密度以及收纳在所述磁铁孔32内的数量中的至少一者互不相同。第一磁极36在转子铁芯31的外周面具有磁通量比第一磁极36中位于周向两端的磁铁孔32的径向区域的磁通量多的区域。
25.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
26.本公开的第九方面在第八方面的基础上，所述第一磁极36具有剩余磁通密度比该第一磁极36的位于周向两端的所述永磁铁34的剩余磁通密度大的永磁铁34。
27.在第九方面中，第一磁极36具有剩余磁通密度比第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的剩余磁通密度大的永磁铁34。这里，在转子铁芯31的外周面，布置有剩余磁通密度大的永磁铁34的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
28.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
29.本公开的第十方面在第八或第九方面的基础上，所述第一磁极36具有磁铁厚度比该第一磁极36的位于周向两端的所述永磁铁34的磁铁厚度厚的永磁铁34。
30.在第十方面中，第一磁极36具有磁铁厚度比第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁铁厚度厚的永磁铁34。这里，在转子铁芯31的外周面，布置有磁铁厚度厚的永磁铁34的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
31.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
32.本公开的第十一方面在第八方面的基础上，所述第一磁极36的磁通量随着从该第一磁极36的周向两端朝向周向中央而变多。
33.在第十一方面中，第一磁极36的磁通量随着从第一磁极36的周向两端朝向周向中央而变多。
34.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布更接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
35.本公开的第十二方面在第八到第十方面中任一方面的基础上，所述第一磁极36具有磁铁宽度比该第一磁极36的位于周向两端的所述永磁铁34的磁铁宽度宽的永磁铁34。
36.在第十二方面中，第一磁极36具有磁铁宽度比第一磁极36的位于周向两端的永磁铁34的磁铁宽度宽的永磁铁34。这里，在转子铁芯31的外周面，布置有磁铁宽度宽的永磁铁34的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
37.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
38.本公开的第十三方面在第八到第十二方面中任一方面的基础上，在所述磁铁孔32中分别收纳有多个所述永磁铁34，在所述第一磁极36的至少一个所述磁铁孔32中，收纳有平均剩余磁通密度比收纳在该第一磁极36的位于周向两端的该磁铁孔32中的多个所述永磁铁34的平均剩余磁通密度大的多个永磁铁34。
39.在第十三方面中，在磁铁孔32中分别收纳有多个永磁铁34。在第一磁极36的至少一个磁铁孔32中，收纳有平均剩余磁通密度比收纳在第一磁极36中位于周向两端的磁铁孔32中的多个永磁铁34的平均剩余磁通密度大的多个永磁铁34。这里，在转子铁芯31的外周面，布置有平均剩余磁通密度大的多个永磁铁34的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
40.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
41.本公开的第十四方面在第一方面的基础上，其特征在于：所述第一磁极36由沿周向排列的四个以上的所述磁铁孔32、和分别收纳在多个该磁铁孔32中的多个永磁铁34构成，所述第一磁极36具有彼此相邻的所述永磁铁34之间的周向距离比该第一磁极36的位于周向端部的永磁铁34与和该位于周向端部的永磁铁34相邻的所述永磁铁34之间的周向距离小的区域。
42.在第十四方面中，第一磁极36具有彼此相邻的永磁铁34之间的周向距离比第一磁极36的位于周向端部的永磁铁34与其相邻的永磁铁34之间的周向距离小的区域。这里，在转子铁芯31的外周面，彼此相邻的永磁铁34之间的周向距离小的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
43.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
44.本公开的第十五方面在第十四方面的基础上，所述第一磁极36的彼此相邻的所述永磁铁34之间的周向距离随着从该第一磁极36的周向两端朝向周向中央而变小。
45.在第十五方面中，第一磁极36的彼此相邻的永磁铁34之间的周向距离随着从第一磁极36的周向两端朝向周向中央而变小。
46.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布更接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
47.本公开的第十六方面在第十四或第十五方面的基础上，多个所述磁铁孔32包括彼此相邻的第一磁铁孔32a和第二磁铁孔32b、以及与该第二磁铁孔32b相邻的第三磁铁孔32c，多个所述永磁铁34包括收纳在所述第一磁铁孔32a中的第一永磁铁34a、收纳在所述第二磁铁孔32b中的第二永磁铁34b以及收纳在所述第三磁铁孔32c中的第三永磁铁34c，所述第一永磁铁34a与所述第二永磁铁34b之间的周向距离比该第二永磁铁34b与所述第三永磁铁34c之间的周向距离小，所述第一磁铁孔32a与所述第二磁铁孔32b之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸比该第二磁铁孔32b与所述第三磁铁孔32c之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸小。
48.在第十六方面中，第一永磁铁34a与第二永磁铁34b之间的周向距离小于第二永磁铁34b与第三永磁铁34c之间的周向距离。第一磁铁孔32a与第二磁铁孔32b之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸比第二磁铁孔32b与第三磁铁孔32c之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸小。
49.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
50.本公开的第十七方面在第十四或第十五方面的基础上，在所述转子铁芯31中，相邻的所述磁铁孔32之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸形成为彼此相同的尺寸。
51.在第十七方面中，在转子铁芯31中，相邻的磁铁孔32之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸形成为彼此相同的尺寸。这里，第一磁极36的位于周向端部的磁铁孔32的周向尺寸变大，并且位于周向端部的永磁铁34与其相邻的永磁铁34之间的周向距离变大。
52.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
53.本公开的第十八方面涉及一种旋转电机，其包括第一到第十七方面中任一方面所
述的转子30、和与所述转子30对置而设的定子20。
54.在第十八方面中，能够提供一种所产生的转矩较大的旋转电机10。
55.本公开的第十九方面在第十八方面的基础上，所述定子20具有以集中卷绕方式缠绕在该定子20的齿部23上的线圈24、25。
56.在第十九方面中，增大定子20相对于齿部23的交链磁通量，从而能够进一步增大所产生的转矩。
57.本公开的第二十方面涉及一种旋转电机，该旋转电机包括：第二到第七方面中任一方面所述的转子30；以及与所述转子30对置而设的定子20，所述定子20具有以集中卷绕方式缠绕在该定子20的齿部23上的线圈24、25，将通过所述第一磁极36的中心和所述转子30的轴心o的直线作为磁极中心线37，且将通过所述永磁铁34的中心和所述转子30的轴心o的直线作为磁铁中心线35，从轴向观察时，以所述第一磁极36的所述磁极中心线37通过所述齿部23的周向中心的状态为中心一致状态，在所述中心一致状态下，从轴向观察时，将把所述第一磁极36的位于周向两端的所述永磁铁34的外周面的中心和所述齿部23的内周面的端部连结起来的直线、与所述第一磁极36的所述磁铁中心线35所成的角度设为θ1，在所述中心一致状态下，从轴向观察时，将把所述第一磁极36的位于周向两端的所述永磁铁34的外周面的中心和所述齿部23的内周面的中心连结起来的直线、与所述磁极36的所述磁铁中心线35所成的角度设为θ2，与所述第一磁极36的位于周向两端的所述永磁铁34的磁化方向平行的直线、和该永磁铁34的所述磁铁中心线35所成的角度在θ1以上且θ2以下。
58.在第二十方面中，能够使各永磁铁34的磁通与齿部23有效地交链，并且能够抑制各永磁铁34的磁通相互干扰。这样一来，能够进一步增大旋转电机10所产生的转矩。
59.本公开的第二十一方面在第十八到第二十方面中任一方面的基础上，所述旋转电机构成为无轴承电机，所述无轴承电机以非接触方式支承所述转子30。
60.在第二十一方面中，在构成为无轴承电机的旋转电机10中，除了增大所产生的转矩之外，还能够增大支承力并且减小支承力干扰。这里，“支承力干扰”是指相对于用以在某个方向上产生支承力的支承力控制电流，在其他方向上产生本不准备产生的支承力的现象。
附图说明
61.图1是示出第一实施方式的旋转电机的结构的主视图；
62.图2是示出转子的主要部分的放大主视图；
63.图3是示出图1的旋转电机的主要部分的放大主视图；
64.图4是用于对磁化方向的范围进行说明的放大主视图；
65.图5是将第一实施方式的旋转电机中的交链磁通量与现有的旋转电机的交链磁通量进行比较后示出的曲线图；
66.图6是示出第二实施方式的旋转电机的结构的主视图；
67.图7是示出图6的旋转电机的主要部分的放大主视图；
68.图8是示出第一实施方式的变形例、第二实施方式的变形例中的旋转电机的主要部分的放大主视图；
69.图9是示出第三实施方式的转子的结构的主视图；
70.图10是示出转子的主要部分的放大主视图；
71.图11是示出现有转子的径向磁通密度分布的曲线图；
72.图12是示出本实施方式的转子的径向磁通密度分布的曲线图；
73.图13是示出本第四实施方式的转子的主要部分的放大主视图；
74.图14是示出本第五实施方式的转子的主要部分的放大主视图；
75.图15是示出本第六实施方式的转子的主要部分的放大主视图；
76.图16是示出本第七实施方式的转子的主要部分的放大主视图；
77.图17是示出本第八实施方式的转子的主要部分的放大主视图。
具体实施方式
78.(第一实施方式)
79.对第一实施方式进行说明。本实施方式的旋转电机10是无轴承电机。在以下的说明中，将靠近转子30的轴心o的一侧称为“内周侧”，将远离转子30的轴心o的一侧称为“外周侧”。将转子30的轴心o的方向称为“轴向”，将与转子30的轴心o正交的方向称为“径向”。
80.如图1和图3所示，旋转电机10包括定子20和转子30。
81.定子20包括定子铁芯21、驱动用线圈24以及支承用线圈25。
82.定子铁芯21是由磁性材料制成的筒状部件。定子铁芯21具有布置在外周侧的实质上呈圆筒状的背轭部22、和从该背轭部22的内周面向径向内侧突出的多个齿部23。
83.驱动用线圈24是供用于驱动转子30旋转的驱动电流流动的线圈。驱动用线圈24以集中卷绕方式缠绕在各齿部23上。驱动用线圈24构成线圈。
84.支承用线圈25是供用于以非接触方式支承转子30的支承电流流动的线圈。支承用线圈25以集中卷绕方式缠绕在各齿部23上。支承用线圈25构成线圈。
85.转子30是bpm(buried permanent magnet：永磁铁埋入)型转子。转子30布置在定子20的径向内侧，并与该定子20隔着气隙对置。转子30包括转子铁芯31和永磁铁34。
86.转子铁芯31是由磁性材料制成的筒状部件。在转子铁芯31的外周面的附近形成有多个磁铁孔32。多个磁铁孔32沿轴向贯穿转子铁芯31。在转子铁芯31的中心形成有用于供轴(未图示)插入的轴孔33。
87.永磁铁34是含有稀土类的烧结磁铁，但不限于此。永磁铁34被收纳在转子铁芯31的磁铁孔32中。在该例中，由沿周向相邻排列的四个永磁铁34构成一个磁极36。
88.下面，将由沿周向排列的三个以上的磁铁孔32、和分别收纳在多个磁铁孔32中的多个永磁铁34构成的磁极36称为第一磁极36。
89.如图2所示，转子铁芯31中相邻的磁铁孔32之间的部分具有沿径向延伸的区域。磁铁孔32的径向外侧的端面相对于通过转子铁芯31的轴心o和磁铁孔32的周向上的中央部的直线呈大致线对称。在图2所示的例子中，通过转子铁芯31的轴心o和磁铁孔32的周向上的中央部的直线、与通过永磁铁34的中心和转子30的轴心o的直线即磁铁中心线35大致一致。
90.磁铁孔32的径向尺寸的最大值d1形成为大于磁铁孔32的径向上的外侧面与转子铁芯31的外周面之间的部分的径向尺寸的最小值d2。
91.第一磁极36构成为：与沿周向等间隔地布置有多个磁铁孔且由磁通量和数量大致相同的多个永磁铁构成的磁极相比，转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布的谐波分
量降低。
92.具体而言，如图3所示，从转子30的轴向观察时，将通过第一磁极36的中心和转子30的轴心o的直线作为磁极中心线37。从转子30的轴向观察时，将通过永磁铁34的中心和转子30的轴心o的直线作为磁铁中心线35。在图3中，用箭头表示永磁铁34的磁化方向。
93.与第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线相对于该永磁铁34的磁铁中心线35倾斜。与该永磁铁34的磁铁中心线35相比，与第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线随着从该永磁铁34的中心朝向径向外侧而向接近第一磁极36的磁极中心线37的方向倾斜。另一方面，与第一磁极36中位于中间部的两个永磁铁34的磁化方向平行的直线、和该永磁铁34的磁铁中心线(未图示)实质上平行。需要说明的是，与第一磁极36中位于中间部的两个永磁铁34的磁化方向平行的直线也可以相对于该永磁铁34的磁铁中心线倾斜。
94.参照图4，对第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向的优选范围进行说明。在图4所示的状态(以下也称为“中心一致状态”。)下，第一磁极36的磁极中心线37通过与第一磁极36对置的齿部23的周向中心。
95.在该中心一致状态下，在与第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线相对于该永磁铁34的磁铁中心线35的倾斜相对较小的情况下，与第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线的方向优选为将该永磁铁34的外周面的中心和齿部23的内周面的端部连结起来的方向。在该情况下，与该永磁铁34的磁化方向平行的直线、和永磁铁34的磁铁中心线35所成的角度为图4所示的θ1。当该角度在θ1以上时，各永磁铁34的磁通与齿部23有效地交链。
96.在中心一致状态下，在与第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线相对于该永磁铁34的磁铁中心线35的倾斜相对较大的情况下，与第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线的方向优选为将该永磁铁34的外周面的中心和齿部23的内周面的中心连结起来的方向。在该情况下，与该永磁铁34的磁化方向平行的直线、和永磁铁34的磁铁中心线35所成的角度为图4所示的θ2。当该角度在θ2以下时，则各永磁铁34的磁通难以相互干扰，能够有效利用各永磁铁34的磁通。
97.在转子铁芯31的比永磁铁34更靠径向外侧的部分，没有形成隔磁桥等通孔。换言之，从轴向观察时，转子铁芯31的比永磁铁34更靠径向外侧的部分被铁芯材料填满。
98.各永磁铁34相对于自身的磁铁中心线35呈对称状。各永磁铁34沿周向等间隔地布置。
99.－第一实施方式的效果－
100.就本实施方式的转子30而言，第一磁极36构成为：与沿周向等间隔地布置有多个磁铁孔32且由磁通量和数量大致相同的多个永磁铁34构成的磁极相比，转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布的谐波分量降低。
101.这样一来，通过使第一磁极36构成为保证转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布的谐波分量降低，从而能够抑制在定子产生的铁损，增大旋转电机产生的转矩。
102.这里，为了降低径向磁通密度分布的谐波分量，例如只要使第一磁极36构成为保证转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状即可。
103.本实施方式的转子30将通过所述第一磁极36的中心和所述转子30的轴心o的直线
作为磁极中心线37，并且将通过所述永磁铁34的中心和所述转子30的轴心o的直线作为磁铁中心线35，与所述第一磁极36中位于周向两端的所述永磁铁34的磁化方向平行的直线相对于该永磁铁34的所述磁铁中心线35倾斜，并且与该磁铁中心线35相比，与所述第一磁极36中位于周向两端的所述永磁铁34的磁化方向平行的直线随着从该永磁铁34的中心朝向径向外侧而向接近所述第一磁极36的所述磁极中心线37的方向倾斜，与所述第一磁极36中位于周向两端的所述永磁铁34的磁化方向平行的直线、和该永磁铁34的所述磁铁中心线35所成的角度大于0
°
且小于90
°
。因此，由多个永磁铁34构成的第一磁极36产生的磁通集中在该第一磁极36的中心。该第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁通难以流入相邻的磁极36，因此在转子30内难以短路。更具体而言，在任意的磁极36中，就位于周向两端的永磁铁34而言，由于与极性不同的相邻磁极36的永磁铁34相邻，因此在转子30内磁通容易短路。相对于此，在本实施方式中，由于与位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线向规定的方向倾斜，因而在所述转子30内难以产生磁通短路。因此，通过有效利用永磁铁34的磁通，从而能够增大应用了转子30的旋转电机10所产生的转矩。
104.就本实施方式的转子30而言，与所述第一磁极36中仅位于周向两端的所述永磁铁34的磁化方向平行的直线相对于该永磁铁34的所述磁铁中心线35倾斜。因此，通过将与该磁极中仅位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线的方向设定成上述方向，从而能够获得增大应用了转子30的旋转电机10所产生的转矩的效果，并且能够减少易磁化轴彼此不同的永磁铁34的种类，抑制转子30的制造成本。
105.就本实施方式的转子30而言，从轴向观察时，所述转子铁芯31的比所述永磁铁34更靠径向外侧的部分被铁芯材料填满。因此，转子铁芯31的比永磁铁34更靠径向外侧的部分容易承受转子30旋转时产生的离心力。这是因为在该部分不存在隔磁桥等空隙。这样一来，就能够提高转子30的耐久性。
106.就本实施方式的转子30而言，各所述永磁铁34收纳在形成于所述转子铁芯31上的磁铁孔32内。因此，能够抑制在转子30旋转时永磁铁34飞散。
107.就本实施方式的转子30而言，各所述永磁铁34相对于自身的所述磁铁中心线35呈对称状。永磁铁34被转子铁芯31中各永磁铁34之间的细长部分(以下称为“桥”。)支承住。如果永磁铁34是对称的，则由于离心力而施加到每个桥上的载荷就会均匀地分散开。因此，能够使转子30适于高速旋转。
108.就本实施方式的转子30而言，各所述永磁铁34沿周向等间隔地布置。由于不存在极大的永磁铁34和极小的永磁铁34，因而支承永磁铁34的各桥所负担的载荷变小。因此，能够使转子30适于高速旋转。
109.本实施方式的旋转电机10包括所述转子30、和与所述转子30对置而设的定子20。因此，能够提供一种所产生的转矩较大的旋转电机10。
110.就本实施方式的旋转电机10而言，所述定子20具有以集中卷绕方式缠绕在该定子20的齿部23上的驱动用线圈24和支承用线圈25。与以分布卷绕方式缠绕各线圈24、25的情况相比，在以集中卷绕方式缠绕各线圈24、25的情况下，存在永磁铁34产生的磁通相对于各线圈24、25的交链量变少的倾向。当采用这种集中卷绕方式时，如本实施方式那样各永磁铁34的磁通集中在各磁极36的中心所产生的影响会变得显著，从而能够进一步增大所产生的转矩。
111.本实施方式的旋转电机10包括所述转子30、和与所述转子30对置而设的定子20，所述定子20具有以集中卷绕方式缠绕在该定子20的齿部23上的线圈24、25，从轴向观察时，以所述第一磁极36的所述磁极中心线37通过所述齿部23的周向中心的状态为中心一致状态，在所述中心一致状态下，从轴向观察时，将把所述第一磁极36的位于周向两端的所述永磁铁34的外周面的中心和所述齿部23的内周面的端部连结起来的直线、与所述第一磁极36的所述磁铁中心线35所成的角度设为θ1，在所述中心一致状态下，从轴向观察时，将把所述第一磁极36的位于周向两端的所述永磁铁34的外周面的中心和所述齿部23的内周面的中心连结起来的直线、与所述磁极36的所述磁铁中心线35所成的角度设为θ2，与所述第一磁极36的位于周向两端的所述永磁铁34的磁化方向平行的直线、和该永磁铁34的所述磁铁中心线35所成的角度在θ1以上且θ2以下。因此，能够使各永磁铁34的磁通与齿部23有效地交链，并且能够抑制各永磁铁34的磁通相互干扰。这样一来，能够进一步增大旋转电机10所产生的转矩。
112.本实施方式的旋转电机10构成为以非接触方式支承所述转子30的无轴承电机。这里，本技术发明人发现，通过对磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向进行上述设定，从而能够获得使该磁极36的永磁铁34的交链磁通的基波分量增大且谐波分量减少这一意想不到的效果。更具体而言，如图5所示，与现有技术那样将各永磁铁34的磁化方向设为放射方向的情况相比，由各磁极36产生的交链磁通的基波分量增大且谐波分量减少。需要说明的是，将图5所示的现有技术所涉及的交链磁通量(虚线)和第一实施方式所涉及的交链磁通量(实线)关于各自的频率分量进行比较时，后者的五次分量的比率减少到前者的五次分量的比率的大约30％。利用上述谐波分量下降的效果，在构成为无轴承电机的旋转电机10中，除了增大所产生的转矩之外，还能够增大支承力并减小支承力干扰。
113.(第二实施方式)
114.对第二实施方式进行说明。本实施方式的旋转电机10的磁极36的数量和定子20的结构与上述第一实施方式不同。下面，主要说明与上述第一实施方式的不同之处。
115.如图6和图7所示，在转子30中，一个磁极36由沿周向相邻排列的六个永磁铁34构成。在图7中，用箭头示出了永磁铁34的磁化方向。
116.与磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线相对于该永磁铁34的磁铁中心线35倾斜。与该永磁铁34的磁铁中心线35相比，与磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线随着从该永磁铁34的中心朝向径向外侧而向接近磁极36的磁极中心线37的方向倾斜。另一方面，与磁极36中位于中间部的四个永磁铁34的磁化方向平行的直线和该永磁铁34的磁铁中心线(未图示)实质上平行。需要说明的是，与磁极36中位于中间部的四个永磁铁34的磁化方向平行的直线也可以相对于该永磁铁34的磁铁中心线倾斜。
117.在定子20中，驱动用线圈和支承用线圈(均未图示)均以分布卷绕方式缠绕在多个齿部23上。
118.－第二实施方式的效果－
119.根据本实施方式的转子30和旋转电机10，也能够得到与所述第一实施方式相同的效果。
120.－第一实施方式的变形例、第二实施方式的变形例－
121.上述实施方式也可以采用如下结构。
122.就上述第一实施方式、上述第二实施方式而言，在各磁极36中，仅与周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线相对于自身的磁铁中心线35倾斜。不过，在各磁极36中，与除此之外的永磁铁34的磁化方向平行的直线也可以相对于磁铁中心线35倾斜。例如，除了位于周向两端的永磁铁34之外，与和位于周向两端的永磁铁34相邻的永磁铁34的磁化方向平行的直线也可以相对于磁铁中心线35倾斜(参照图8)，或者与所有永磁铁34的磁化方向平行的直线也可以相对于磁铁中心线35倾斜。这里，优选在各磁极36中，与永磁铁34的磁化方向平行的直线相对于磁极中心线37的倾斜角度随着从周向两端朝向周向中央而变小。
123.在上述第一实施方式、上述第二实施方式中，与各磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线、和永磁铁34的磁铁中心线35所成的角度优选在图4所示的θ1以上且θ2以下。不过，与各磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁化方向平行的直线、和永磁铁34的磁铁中心线35所成的角度只要大于0
°
且小于90
°
即可。在后者的情况下，也能够获得在转子30内永磁铁34的磁通难以短路的效果、以及能够增大应用了转子30的旋转电机10所产生的转矩的效果。
124.(第三实施方式)
125.对第三实施方式进行说明。
126.如图9所示，转子30具有四个第一磁极36。第一磁极36由沿周向相邻排列的六个磁铁孔32、和分别收纳在各磁铁孔32中的六个永磁铁34构成。
127.如图10所示，第一磁极36具有剩余磁通密度比第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的剩余磁通密度大的永磁铁34。具体而言，第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34(图10中用阴影表示)与其他永磁铁34相比，剩余磁通密度相对较小。
128.这里，在转子铁芯31的外周面，布置有剩余磁通密度大的永磁铁34的磁铁孔32的径向区域的磁通量比第一磁极36的周向两端的磁通量增加。
129.下面，使用图11和图12对转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布的变化进行说明。
130.图11是示出现有转子30中径向磁通密度分布的曲线图。在现有转子30中，构成n极和s极的第一磁极36的多个磁铁孔32沿周向等间隔地布置，并且所述第一磁极36是由磁通量和数量大致相同的多个永磁铁34构成的。
131.如图11所示，在现有转子30中，间隙磁通密度分布呈矩形波状。因此，在现有转子30中，有可能因谐波分量而导致在定子20产生的铁损增大。
132.图12是示出本实施方式的转子的径向磁通密度分布的曲线图。在本实施方式的转子30中，构成n极和s极的第一磁极36的多个磁铁孔32沿周向等间隔地布置。另一方面，第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34与其他永磁铁34相比，剩余磁通密度相对较小。
133.如图12所示，在本实施方式的转子30中，与矩形波相比，间隙磁通密度分布接近正弦波状。这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
134.需要说明的是，在本实施方式中，第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34与其他永磁铁34相比剩余磁通密度相对较小，但并不限于该方式。例如，也可以使用三种以上剩余磁通密度不同的永磁铁34，并使剩余磁通密度随着从第一磁极36的周向两端朝向周向中央
而变大。
135.(第四实施方式)
136.对第四实施方式进行说明。
137.如图13所示，转子30具有第一磁极36，该第一磁极36由沿周向相邻排列的六个磁铁孔32、和分别收纳在各磁铁孔32中的六个永磁铁34构成。
138.第一磁极36具有磁铁厚度比第一磁极36中位于周向两端的永磁铁34的磁铁厚度厚的永磁铁34。这里，磁铁厚度是指永磁铁34的径向上的平均长度。具体而言，第一磁极36的六个永磁铁34中，位于周向中央的两个永磁铁34的磁铁厚度比其他永磁铁34的磁铁厚度相对较厚。这里，在转子铁芯31的外周面，布置有磁铁厚度较厚的永磁铁34的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
139.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
140.需要说明的是，也可以使用磁铁宽度不同的永磁铁34来代替磁铁厚度不同的永磁铁34。这里，磁铁宽度是指永磁铁34的周向上的平均长度。在该情况下，只要使第一磁极36的六个永磁铁34中位于周向中央的两个永磁铁34的磁铁宽度比其他永磁铁34的磁铁宽度相对较宽即可。
141.(第五实施方式)
142.对第五实施方式进行说明。
143.如图14所示，转子30具有第一磁极36，该第一磁极36由沿周向相邻排列的六个磁铁孔32、和分别收纳在各磁铁孔32中的六个永磁铁34构成。第一磁极36具有磁铁厚度不同的三种永磁铁34。
144.在第一磁极36中，永磁铁34的磁铁厚度随着从第一磁极36的周向两端朝向周向中央而变厚。这里，在转子铁芯31的外周面，布置有磁铁厚度较厚的永磁铁34的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
145.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布更接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
146.需要说明的是，也可以使用磁铁宽度不同的永磁铁34来代替磁铁厚度不同的永磁铁34。在该情况下，在第一磁极36中，只要永磁铁34的磁铁宽度随着从第一磁极36的周向两端朝着周向中央变宽即可。
147.(第六实施方式)
148.对第六实施方式进行说明。
149.如图15所示，转子30具有第一磁极36，该第一磁极36由沿周向相邻排列的六个磁铁孔32、和多个永磁铁34构成，在各磁铁孔32中分别收纳有多个永磁铁34。在图15所示的例子中，在一个磁铁孔32中沿转子30的径向排列着布置有两个永磁铁34。
150.在第一磁极36的至少一个磁铁孔32中，收纳有平均剩余磁通密度比收纳在第一磁极36中位于周向两端的磁铁孔32中的永磁铁34的平均剩余磁通密度大的永磁铁34。
151.具体而言，在第一磁极36的六个磁铁孔32中，位于周向中央的两个磁铁孔32中收纳有两个剩余磁通密度相同的永磁铁34。另一方面，在剩余的四个磁铁孔32中，分别各收纳有一个剩余磁通密度与位于周向中央的永磁铁34的剩余磁通密度相同的永磁铁34、和一个
剩余磁通密度比该永磁铁34的剩余磁通密度小的永磁铁34(在图15中用阴影线表示)。
152.这里，分别收纳在第一磁极36的位于周向中央的两个磁铁孔32中的两个永磁铁34与分别收纳在其他四个磁铁孔32中的两个永磁铁34相比，平均剩余磁通密度相对较大。这里，在转子铁芯31的外周面，布置有平均剩余磁通密度较大的永磁铁34的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
153.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
154.需要说明的是，在本实施方式中，对在一个磁铁孔32中收纳有两个永磁铁34的方式进行了说明，但并不限于该方式。例如，也可以通过在第一磁极36的位于周向中央的磁铁孔32中收纳三个以上的永磁铁34，从而使平均剩余磁通密度相对变大。也可以通过在第一磁极36的位于周向两端的磁铁孔32中仅收纳一个永磁铁34，从而使平均剩余磁通密度相对变小。
155.(第七实施方式)
156.对第七实施方式进行说明。
157.如图16所示，转子30具有第一磁极36，该第一磁极36由沿周向相邻排列的六个磁铁孔32、和分别收纳在各磁铁孔32中的六个永磁铁34构成。第一磁极36具有彼此相邻的永磁铁34之间的周向距离比第一磁极36的位于周向端部的永磁铁34与其相邻的永磁铁34之间的周向距离小的区域。
158.具体而言，多个磁铁孔32包括彼此相邻的第一磁铁孔32a和第二磁铁孔32b、以及与该第二磁铁孔32b相邻的第三磁铁孔32c。第一磁铁孔32a是布置在第一磁极36的周向中央的磁铁孔32。第三磁铁孔32c是布置在第一磁极36的周向两端的磁铁孔32。第二磁铁孔32b是布置在第一磁铁孔32a与第三磁铁孔32c之间的磁铁孔32。第一磁铁孔32a、第二磁铁孔32b以及第三磁铁孔32c的周向尺寸大致相同。
159.在第一磁铁孔32a中收纳有第一永磁铁34a。在第二磁铁孔32b中收纳有第二永磁铁34b。在第三磁铁孔32c中收纳有第三永磁铁34c。第一永磁铁34a、第二永磁铁34b以及第三永磁铁34c的磁铁宽度大致相同。
160.在第一磁极36的周向中央相邻的第一永磁铁34a彼此之间的周向距离ma比第一永磁铁34a与第二永磁铁34b之间的周向距离mb小。第一永磁铁34a与第二永磁铁34b之间的周向距离mb比第二永磁铁34b与第三永磁铁34c之间的周向距离mc小。这样一来，第一磁极36的彼此相邻的永磁铁34之间的周向距离随着从第一磁极36的周向两端朝向周向中央而变小。
161.相邻的第一磁铁孔32a彼此之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸wa比第一磁铁孔32a与第二磁铁孔32b之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸wb小。第一磁铁孔32a与第二磁铁孔32b之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸wb比第二磁铁孔32b与第三磁铁孔32c之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸wc小。
162.这里，在转子铁芯31的外周面，彼此相邻的永磁铁34之间的周向距离较小的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
163.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
164.(第八实施方式)
165.对第八实施方式进行说明。下面，对与上述第七实施方式相同的部分标注相同的符号，仅说明不同点。
166.如图17所示，转子30具有第一磁极36，该第一磁极36由沿周向相邻排列的六个磁铁孔32、和分别收纳在各磁铁孔32中的六个永磁铁34构成。
167.在第一磁铁孔32a中收纳有第一永磁铁34a。在第二磁铁孔32b中收纳有第二永磁铁34b。在第三磁铁孔32c中收纳有第三永磁铁34c。第一永磁铁34a、第二永磁铁34b以及第三永磁铁34c的磁铁宽度大致相同。
168.第一磁极36的磁铁孔32的周向尺寸按照第一磁铁孔32a、第二磁铁孔32b、第三磁铁孔32c的顺序变大。
169.在转子铁芯31中，相邻的磁铁孔32之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸形成为彼此相同的尺寸。
170.具体而言，相邻的第一磁铁孔32a彼此之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸wa形成为和第一磁铁孔32a与第二磁铁孔32b之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸wb大致相同的尺寸。第一磁铁孔32a与第二磁铁孔32b之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸wb形成为和第二磁铁孔32b与第三磁铁孔32c之间的由铁芯材料形成的部分的周向尺寸wc大致相同的尺寸。
171.在第一磁极36的周向中央相邻的第一永磁铁34a彼此之间的周向距离ma比第一永磁铁34a与第二永磁铁34b之间的周向距离mb小。第一永磁铁34a与第二永磁铁34b之间的周向距离mb比第二永磁铁34b与第三永磁铁34c之间的周向距离mc小。如上所述，第一磁极36的彼此相邻的永磁铁34之间的周向距离随着从第一磁极36的周向两端朝向周向中央而变小。
172.这里，在转子铁芯31的外周面，彼此相邻的永磁铁34之间的周向距离较小的磁铁孔32的径向区域的磁通量增加。
173.这样一来，能够使转子铁芯31的外周面处的径向磁通密度分布接近正弦波状，从而能够降低径向磁通密度分布的谐波分量。
174.(其他实施方式)
175.上述实施方式也可以采用如下结构。
176.在上述各实施方式中，各永磁铁34相对于自身的磁铁中心线35呈对称状。不过，各永磁铁34也可以相对于自身的磁铁中心线35不对称。例如，各永磁铁34也可以仅在周向一端具有凹部，由此防止组装错误。
177.在上述各实施方式中，所有的磁极36都由多个永磁铁34构成，但也可以仅一部分磁极36由多个永磁铁34构成。
178.在上述各实施方式中，转子30是bpm型转子，但也可以是其他类型的转子。例如，转子30可以是spm(surface permanent magnet：表面磁铁)型转子、inset型转子或交替极型转子。
179.在上述各实施方式中，在定子20上卷绕有驱动用线圈24和支承用线圈25，但也可以卷绕兼具驱动用线圈24和支承用线圈25的功能的共用线圈。
180.在上述各实施方式中，旋转电机10由无轴承电机构成，但也可以由例如电动机或
发电机构成。
181.以上对实施方式和变形例进行了说明，但应理解的是可以在不脱离权利要求书的主旨和范围的情况下，对其形态和具体事项进行各种改变。只要不影响本公开的对象的功能，还可以对上述实施方式和变形例适当地进行组合和替换。此外，说明书和权利要求书中的“第一”、“第二”、“第三
”……
这些词语仅用于区分包含上述词语的语句，并不是要限定该语句的数量、顺序。
182.－产业实用性－
183.综上所述，本公开对于转子和旋转电机是有用的。
184.－符号说明－
185.10旋转电机
186.20定子
187.23齿部
188.24驱动用线圈(线圈)
189.25支承用线圈(线圈)
190.30转子
191.31转子铁芯
192.32磁铁孔
193.32a第一磁铁孔
194.32b第二磁铁孔
195.32c第三磁铁孔
196.34永磁铁
197.34a第一永磁铁
198.34b第二永磁铁
199.34c第三永磁铁
200.35磁铁中心线
201.36磁极(第一磁极)
202.37磁极中心线
203.o轴心