專利名稱：：旋轉電機的制作方法
技術領域：
：本發明涉及旋轉電機。
背景技術：
：通常，具有布置在轉子處的永磁體的永磁體式電機被用于各種領域中，并被用作電動車輛以及混合動力車輛的驅動源。就上述電動車輛以及混合動力車輛的驅動源而言，需要低轉速高功率以及高轉速低功率的車輛行駛性能。由電機產生的轉矩通常取決于從轉子流向定子的磁通量以及流向定子繞組的電樞電流。所采用的磁體等決定了流過定子和轉子的磁通量。磁通量獨立于轉速而保持恒定。電樞電流決定了轉速。但是，因為電樞電流取決于來自諸如換流器之類的電源的電壓，故當電樞繞組的電壓與電源電壓的最大電壓值匹配時轉速變為最高。如日本專利早期公開號6-351206，2002-78306，2005-65385以及7-288960;YoshiakiKano、TakashiKosaka禾口NobuyukiMatsui在IEEJTrans.IA，Vol.123，No.3,pp.196-203(2003)中發表的"SomeConsiderationsonSimpleNon-LinearMagneticAnalysis-BasedOptimumDesignofMulti-polePermanentMagnetMachines";以及JinZheguo、TakashiKosaka禾flNobuyukiMatsui在2005年日本IEE國家會議過程中發表的"SomeInvestigationsintoPerformanceofHybridMotorwithNovelConstruction"所揭示的，當在這種永磁體式電機中基于恒定電源電壓要進行恒定功率驅動時，存在所謂"磁場減弱"以及"磁場增強"，以進一步提高最高速度來提高運行性能，并增大低轉速下的功率。例如，在YoshiakiKano、TakashiKosaka禾口NobuyukiMatsui在IEEJTrans.IA，Vol.123,No.3,pp.196-203(2003)中發表的"SomeConsiderationsonSimpleNon-LinearMagneticAnalysis-BasedOptimumDesignofMulti-polePermanentMagnetMachines"中所揭示的電機包括在軸向上劃分為兩部分的轉子、布置在劃分轉子之間的環狀磁體、布置在定子芯外周側處的由粉料模制的磁性合成物形成的磁場極、以及環形磁場線圈。劃分轉子包括多個沿周向面彼此間隔開的凸極。凸極被布置成使得一個轉子的凸極在周向方向上與另一轉子的凸極錯位。環狀磁體的N磁極朝向一個劃分轉子的端面布置，而S磁極則朝向另一個劃分轉子的端面布置。來自環狀磁體的磁力線首先從其端面進入轉子，并通過空隙從一個轉子的凸極朝向定子行進。然后，來自定子的磁力線通過磁場極以從定子齒行經由空隙進至另一個劃分轉子的凸極以返回至環狀磁體的S磁極。然后，利用環形磁場線圈，將永磁體的磁通量引向磁場極，由此減小通過電樞繞組的磁通量。由此實現磁場減弱。此外，永磁體的磁通量被局限在主電機中，由此由環形磁場線圈產生的磁通量使得通過電樞繞組的磁通量增大，以實現磁場增強。在如上所述設置的旋轉電機中，磁力線離開一個劃分轉子的凸極，且磁力線進入另一個劃分轉子的凸極。因此，轉子的位于凸極之間的各個區域不會有助于轉矩生成。因此存在需要增加轉子以獲得需求轉矩的缺陷。還存在以下缺陷，即當進入轉子的凸極時，磁力線會受到電樞繞組的磁通量的影響。因此，來自定子的磁力線將不能進入所期望的凸極。存在取決于磁力線的方向產生負轉矩的問題。
發明內容著眼于以上問題，本發明的目的在于提供一種旋轉電機，其可對電樞繞組的磁鏈量(fluxlinkagequantum)進行調整，以允許形成緊湊的轉子，還涉及減小電樞繞組的磁通量對從定子進入轉子的磁力線的影響。根據本發明的一個方面的旋轉電機包括能夠旋轉的轉軸；形成為管狀的定子芯；固定至所述轉軸的轉子芯；磁體，所述磁體設置在所述轉子芯處使得磁性相異的一對磁極排列在所述轉子芯的徑向上；設置在所述定子芯的外周處的磁軛；以及繞組，通過形成經過所述磁軛和所述轉子芯的磁路，所述繞組可以控制經過所述轉子芯和所述定子芯的磁通密度。優選地，所述轉子芯包括管狀的第一轉子芯和設置在所述第一轉子芯的內周中的第二轉子芯，所述第二轉子芯在軸向上的磁阻小于所述第一轉子芯在所述軸向上的磁阻。優選地，所述第一轉子芯在周向和徑向上的磁阻小于在軸向上的磁阻。所述定子芯在周向和徑向上的磁阻小于在軸向上的磁阻。優選地，所述旋轉電機還包括形成在所述轉子芯的外表面處的凸極，其在所述徑向卜.向外突起。所述磁體被設置在所述轉子芯的與所述凸極相鄰的外表面處。優選地，所述磁體包括第一磁體和與所述第一磁體相鄰的第二磁休。所述第一磁體的位于所述轉子芯的外表面側的區域處的磁極被設定為與所述第二磁體的位于所述轉子芯的外表面側的區域處的磁極相異。優選地，所述磁體從所述轉子芯的一端延伸至另一端。優選地，所述第一磁體在所述轉子芯的軸向上形成得比所述第二磁體長。所述旋轉電機還包括形成在所述第一磁體之間并位于與所述轉子芯的在所述轉子芯的軸向上與所述第二磁體相鄰的表面處的凸極，其在所述轉子芯的徑向上向外突出。優選地，所述磁體嵌入在所述轉子芯中。優選地，所述磁軛由一體成型的磁性材料形成。所述第一轉子芯由多個鋼板層疊而構成。所述第二轉子芯由一體成型的磁性材料形成。根據本發明的另一個方面的旋轉電機包括能夠旋轉的轉軸；形成為管狀的定子芯；固定至所述轉軸的轉子芯；形成在所述轉子芯的外表面處的凸極，其在徑向上向外突起，從所述轉子芯的一端延伸至另一端；設置在所述定子芯的外周處的磁軛；以及繞組，通過形成經過所述磁軛和所述轉子芯的磁路，所述繞組可以控制經過所述轉子芯和所述定子芯的磁通密度。優選地，所述轉子芯包括管狀的第一轉子芯和設置在所述第一轉子芯的內周中的第二轉子芯，所述第二轉子芯在軸向上的磁阻小于所述第一轉子芯在所述軸向上的磁阻。優選地，所述磁軛由一體成型的磁性材料形成。優選地，所述第一轉子芯由多個鋼板層疊而構成。所述第二轉子芯由一體成型的磁性材料形成。根據本發明的旋轉電機，可以形成緊湊的轉子，且在可對電樞繞組的磁鏈量進行調整的旋轉電機中，可以減小由電樞繞組的磁通量對從定子進入轉子的磁力線的影響。結合附圖，通過以下對本發明的詳細描述，本發明的上述及其他口的、特征、方面和優點將變得更加清楚。圖1是根據第一實施例的旋轉電機的側剖視圖。圖2是沿圖i的線n-n所取的剖視圖。圖3是表示在未向磁場線圈供應電流的狀態下來自磁體的磁力線的流動的剖視圖。圖4是表示旋轉電機的轉矩(T)與回轉速度(N)之間關系的圖。圖5是當進行"磁場增強控制"時旋轉電機的側剖視圖。圖6是沿圖5的線IV-IV所取的剖視圖。圖7是當進行磁場減弱控制時旋轉電機的側剖視圖。圖8是沿圖7的線vni-vni所取的剖視圖。圖9是根據第二實施例的旋轉電機的側視圖。圖10是沿圖9的線X-X所取的剖視圖。圖11是表示在未向磁場線圈供應電流的狀態下磁力線的流動的剖視圖。圖12是當進行磁場增強控制時旋轉電機的側剖視圖。圖13是沿圖12的線xin-xin所取的剖視圖。所說棱柱防護罩的每一個平面的內表面上，設置有菲涅爾透鏡，所說菲涅爾透鏡的外表面應該與棱柱防護罩相吻合，平面的內表面完全吻合。在兩個菲涅爾透鏡相連接的位置，也就是棱柱的內折角位置，設置有凹面鏡。所以也可以說，棱柱形式的太陽能電池板居中設置，在棱柱形太陽能電池板的外面，設置有棱柱數與太陽能電池板相同的棱柱防護罩。為了確保設置在中心的太陽能電池板不會被灰塵污染，在棱柱防護罩的兩端，應設置封口蓋進行封閉保護。本發明所述的棱柱式太陽能電池，是在電池棱柱的周圍設置有與其中的電池棱柱相同棱柱數的菲涅爾透鏡，作為反射鏡面，菲涅爾透鏡將一部分太陽光直接照射在太陽能電池板的前面，另一部份則從棱柱的兩M過，照在后面凹面鏡上，反射到后面的太陽能電池板上。設置在棱柱防護罩內面的菲涅爾透鏡在結構上與凹面鏡做相間排列。本發明所述的棱柱式太陽能電池板，一般以設置成五棱的形式為宜，但如果直徑加大，設置成更多的邊也是可行的。關鍵在于，本發明采用菲涅爾透鏡，將太陽行會聚，同時釆用與菲涅爾透鏡相間設置的凹面鏡進行反射，將光線照射到太陽能電池板上，提高了太陽能電池板的光電轉換效率。一般說來，太陽能電池高于攝氏80度，其光電轉換效率就會明顯地下降。為了解決這個矛盾，可以將太陽能電池板中間的棱柱體設置成中空的結構，中間用風冷形式或者水冷形式進行降溫。如果這里采用水冷的結構，也就是形成了外面設置有玻璃罩達到了隔熱的效果，中空的棱柱體內是流動的降溫水，以水實現主動散熱，使得本發明所述太陽能電池在光熱和光電兩個方面育,實現有效地結合。本發明所述的棱柱式太陽能電池，采用菲涅爾作為會皿置，不需要l鄉艮蹤設置，即可達到較好的光電轉換效果。經實驗可知，棱柱的邊數越多，光電轉換的效果會越好。附圖是本發明所述棱柱式太陽能電池的結構示意圖。l一棱柱體2—太陽能電池板3""棱柱式防護罩4""菲涅爾透鏡"凹面鏡具體實施例方式現參照附圖，結合實施例說明如下本發明所述的棱柱式太陽能電池，涉及有棱柱體l、太陽能電池板2、棱柱式防護罩3、菲涅爾透鏡4和凹面鏡5組成，形成本發明的兩個相互獨立又相互配合的組合件，一個是以菲涅爾透鏡4為主件的透鏡轉子40包括固定至轉軸41的轉子芯43以及設置于轉子芯43的外表面處的磁體44。轉子芯43包括形成管狀的層疊轉子芯43a以及設置在層疊轉子芯43a的內周內的壓制成型轉子芯43b。壓制成型轉子芯43b由磁性材料(具體而言，粉料模制的磁性合成物(SMC:軟磁合成物))一體形成。層疊轉子芯43a形成為具有多個堆疊的電磁鋼板。因為在剛板之間存在間隙，故在軸向上的磁阻大于在徑向和周向上的磁阻。因此，來自磁體的磁力線會難以在軸向上流動但易于在層疊轉子芯43a的徑向和周向上流動。因為壓制成型轉子芯43b由粉料模制的磁性材料制成，故壓制成型轉子芯43b在軸向上的磁阻被設定的小于層疊轉子芯43a在軸向上的磁阻。因此，在壓制成型轉子芯43b中，相較于在層疊轉子芯43a中的情況，磁力線更容易在軸向方向上流動。如圖2所示，多個轉子齒(第一凸極)45彼此等間隔地設置在層疊轉子芯43a的外表面處，并在徑向上向外突出。磁體44設置在轉子齒45之間。轉子齒45的外表面與磁體44的外表面兩者均位于以轉軸41的中心軸線為中心的相同虛擬圓周上。換言之，磁體44在轉子40的周向上與轉子齒45相鄰地布置，且每個均具有共面的圓周面。磁體44的N極(第一磁極)與S極(第二磁極)被布置成排列在轉子40的徑向上。在第一實施例中，磁體44的N極被布置成在轉子芯43的徑向上面對外側，并而S極被布置成在轉子芯43的徑向上面對內側。但是，也可以用相反方式對它們進行布置。定子30包括形成為中空管狀的定子芯22、形成于定子芯22的內表面處并在定子芯22的徑向上向內突出的定子齒(第二凸極)23以及纏繞定子齒23的線圈24。定子齒23在周向上等間隔地形成。線圈24的一部分構成U相線圈，而線圈24的其余一部分構成V相線圈。線圈24的剩余部分構成W相線圈。線圈24的一端被設為端子，而另一端被設為中性點。未示出的換流器的三相線纜的U相線纜、V相線纜以及W相線纜中的任一個連接至端子。中性點共同地連接至一點。如圖1所示的控制裝置IOO從設置在旋轉電機IO外部的ECU(電子控制單元)接收待由旋轉電機IO輸出的轉矩指令值，以產生電機控制電流來輸出由所接收的轉矩指令值規定的轉矩。所產生的電機控制電流經由三相線纜被供應至線圈24。定子芯22形成為具有以其間存在空隙堆疊的多個磁性剛板。由此，定子芯22在徑向和周向上的磁阻小于在軸向上的磁阻。因此，進入定子芯22的磁力線易于在定子芯22的周向和徑向上流動，而在軸向上的流動受到限制。如圖1所示，磁軛21包括在軸向上布置在與定子30的端部和轉子40的端部兩者都間隔開的位置處的頂部21a、形成于頂部21a的外周處呈管狀的側壁21b、以及形成于頂部21a處的筒狀突起21c。通孔21d形成于頂部21a的中央區域。轉軸41經由軸承46被插入通孔21d。側壁41b被固定至定子芯22的外表面。磁軛21由磁性材料(具體而言，粉料模制的磁性合成物(SMC)，其是三維完全各向同性的材料)一體地形成。因此，磁軛21在軸向卜.的磁阻小于定子芯22在軸向上的磁阻。突起21c形成于頂部21a的內表面，并在軸向上向壓制成型轉子芯43b的端部突出。突起21c的端部位于壓制成型轉子芯43b的端部附近，使得磁力線在突起21c的端部與壓制成型轉子芯43b之間不會被斷開。由此形成磁路(第一磁路)，其對應于如下路徑從磁體44的表面經由空隙GP和定子芯22到達轉軸41，其在軸向方向上流動通過磁軛21以從突起21c進入壓制成型轉子芯43b以返回至磁體44的S極。在該磁路中，定子芯22在徑向上的磁阻被抑制在較低的水平，磁軛21中的磁阻以及壓制成型轉子芯43b中的磁阻也存在類似情況。因此，可以將磁能損耗抑制在較低的水平。盡管在圖1所示的實施例中突起21c形成于磁軛21處，但可將突起21C設置于壓制成型轉子芯43b的端部處。磁場線圈(繞組)50纏繞突起21c的外周。通過將電流傳導通過磁場線圈50，可以在突起21c的端側和側壁21b處分別建立N極和S極的磁性，或者可以在突起21c的端側和側壁21b處分別建立S極和N極的磁性。盡管第一實施例中在磁軛21的突起21c處設置磁場線圈50，但并不限于上述位置，還可將磁場線圈50設置于磁軛21處。將磁場線圈50設界在磁軛21處并不限于磁場線圈50抵靠磁軛21的表面的情況，而是包括在可以控制磁軛21內磁力線流動的前提下將磁場線圈50布置遠離磁軛21的表面的情況。以下將參考圖3-圖8描述如上構造的旋轉電機10的工作情況。圖3是表示在未向圖1的磁場線圈50供應電流的狀態下來自磁體44的磁力線的流動的剖視圖。在圖3的示例中，定子齒23a被布置于磁體44a的端側，其對應于轉子40在旋轉方向P上的前方側處的端側。相較于定子齒23a在端面處沿周向的中央部分，磁體44a在外周側處沿周向上的中央部分被布置在旋轉方向P上的后方側。定子齒23a在內徑側處的端面被設置為S極。因此，來自磁體44a的外表面的磁力線mtl-mt3隨著在徑向上向外行進以到達定子齒23a的端面，而以朝向旋轉方向P上的前方側傾斜的方式行進。因為該傾斜使得跨越磁體44a和定子齒23a的磁力線mtl-mt3的磁路變長，所以使得磁路最小化的壓力施加至轉子40。換言之，磁體44a被拉向定子齒23a。相對于定子齒23a，定子齒23b設置在轉子40的旋轉方向P上的后方側。定子齒23b大致位于面對磁體44a的中央區域。定子齒23b的在內徑側處的端面對應于N極，其排斥磁體44a。因此，作為磁力線mtl-mt3中的進入定子芯22的--部分的磁力線mtl和mt2從定子齒23a沿周向流經定子芯22。在該階段，因為定子芯22內的磁阻較小，故減小了磁力線的能量損耗。除了定子齒23b之外，定子齒23c也設置在轉子40的旋轉方向P上的后方側。定子齒23c在凼徑側處的端面對應于N極，并面對轉子齒45a。因為與轉子齒45a相鄰的磁體44a的外表面對應于N極，故從定子齒23c的端面向轉子齒45a取向的磁力線mtl和mt2受到磁體44a的N極影響以朝向轉子齒45a的旋轉方向P上的后方側傾斜的方式行進。盡管在跨越定子齒23c和轉子齒45a處，磁力線mtl和mt2會受到圖1所示線圈24處產生的磁通量的影響，但因為磁體44a的調節作用，磁力線mtl和mt2的路徑將不會受到干擾。因此，從定子齒23c到轉子齒45a的磁力線mtl和mt2隨著在徑向上向內行進，而以朝向旋轉方向P上的后方側傾斜的方式行進。因為由磁力線mtl和mt2的傾斜使得磁力線mtl和mt2從定子齒23c到轉子齒45a的路徑變長，故轉子齒45a被有利地向定子齒23c吸引。因此，磁力線mtl和mt2形成磁路Kl，其對應于從磁體44a經由空隙GP到達定子齒23a，并在周向方向上流過定子芯22，然后從定子齒23c經由空隙GP到達層疊轉子芯43a以返回至磁體44a的路徑。來自磁體44a的磁力線mtl-mt3中的剩余磁力線mt3到達定f齒23a，然后在徑向方向上流過定子芯22以到達磁軛21。在圖2中，磁力線mt3形成磁路K2，其對應于在軸向方向上行進通過磁軛21，以從突起21c進入壓制成型轉子芯43b而返回至磁體44的路徑。因為磁路K2穿過轉子40和定子30的次數少于磁路Kl穿過轉子40和定子30的次數，故由磁力線mt3產生的轉矩小于由磁力線mtl和mt2產生的轉矩。換言之，對應于磁路Kl的磁力線產生的轉矩大于由對應于磁路K2的磁力線產生的轉矩。通過調整通過磁路Kl的磁通量以及通過磁路K2的磁通量，可以調整電樞繞組的磁鏈量以控制轉矩。磁體44的沿轉子40外周面的表面起用于產生磁力線的區域的作用，而轉子齒45起所產生的磁力線進入的區域的作用。磁體44以及轉子齒45從轉子40的一端延伸至另一端。磁體44的表面以及轉子齒45的表面構成轉子40的外周面。因此，轉子齒45的外周面的基本整個區域都可起磁力線輸出或磁力線輸入的區域的作用，由此允許提高轉子40的外周面的使用效率。通過提高轉子40的外周面的使用效率，即使采用較小的轉子40也可輸入/輸出需要的磁通量。因此，可以將轉子40本身形成得較為緊湊。根據上述轉子40，可以在軸向方向上穿過轉子40兩端形成具有較高轉矩產生效率的磁路K2。因此，可以獲得較大的轉矩。因為從磁體44發出的磁力線進入形成于轉子40的與磁體44相鄰的外周面處的轉子齒45a，使得非常有利于轉矩產生的磁路K1的路徑長度被設定為較短，故可以將磁能損耗減小至較低的水平。因為磁路Kl穿過定子芯22以及層疊轉子芯43a由此抑制了磁力線在軸向方向上的擴散，故可進一步減小磁能損耗。圖4是表示旋轉電機10的轉矩(T)與轉速(N)之間關系的圖。在圖4中，Tl表示在停止對如圖1所示的磁場線圈50的驅動的情況下旋轉電機10的特性。T2表示相對于T1的低轉速高功率特性，對應于旋轉電機IO在受到"磁場增強控制"時的特性。圖5是旋轉電機IO在進行磁場增強控制時的側剖視圖。圖6是沿閣5的線IV-IV所取的剖視圖。參考圖5，由磁場線圈50產生的磁力線mt4穿過磁軛21的頂部21a從側壁21b進入定子芯22。磁力線mt4然后經由空隙GP進入轉子芯43以在轉子芯43內沿軸向行進。然后，磁力線mt4在軸向上經由突起21c的端面從轉子芯43的端面進入磁軛21。通過產生這種磁路，磁軛21的突起21c采取S極磁性而磁軛21的側壁21b采取N極磁性。參考圖6，由于側壁21b的內壁對應于N極，故來自磁體44的磁力線mtl-mt3從定子齒23a的端面進入定子芯22以沿定子芯22的周向行進。磁力線mt-mt3從定子齒23c的端面經由轉子齒45a進入層疊轉子芯43a。因此，進行控制使得從磁體44發出的磁力線mtl-mt3被抑制行進經過磁路K2，而行進經過磁路Kl。因此，可以產生更大的轉矩。換言之，l大l為磁體44產生的磁通量恒定，所以增大經過磁路K1的磁通量(其極有利于產生轉矩)的比率可允許獲得更大的轉矩。如圖6所示，由圖5的磁場線圈50產生的磁力線mt4是磁路Kl的--部分。磁力線mt4行進經過從定子齒23c到轉子齒45a，然后到達壓制成型轉子芯43b的路徑。因此，磁力線mt4也有利于產生轉矩。如圖4中的T2所示，通過進行上述"磁場增強控制"，旋轉電機10允許在低轉速時產生高轉矩。圖7是旋轉電機IO在進行磁場減弱控制時的側剖視圖。圖8是沿圖7的線vni-vin所取的剖視圖。如圖7所示，電流被傳導至磁場線圈50以產生穿過磁軛21的突起21c到達壓制成型轉子芯43b以在軸向上行進通過壓制成型轉子芯43b，在徑向方向上跨過層疊轉子芯43a以經由空隙GP從層疊轉子芯43a進入定子芯22，然后進入磁軛21的側壁21b以返回至突起21c的磁力線mt5。因此，磁軛21的突起21c采取N極磁性而磁軛21的側壁21b釆取S極磁性。從磁體44發出的磁力線mtl-mt3中的磁力線mt2和mt3被拉向磁軛21的側壁21b。具體而言，磁力線mt2和mt3進入定子齒23a以在定子芯22的徑向上行進并到達磁軛21的側壁21b。然后，磁力線mt2和mt3通過磁路K2行進以返回至磁體44。從磁體44發出的磁力線mtl-mt3中的剩余磁力線mtl進入定子芯22，然后通過磁路K1行進以返回至磁體44。通過上述磁場減弱控制，增大了在從磁體44發出的磁力線mtl-mt3中行進通過磁路K2的磁通量的比率，以減小穿過定子30和轉子40的磁通通過減小穿過定子30和轉子40產生的磁通量，即使在較高轉速區域也可減弱在圖1的線圈24處產生的感應電動力。通過這樣減小感應電動力，可以提高與諸如換流器之類的電源的最大電壓相匹配的轉速。因此，即使在較高轉速區域也可如圖4中的T3所示來驅動旋轉電機10。(第二實施例)以下將參考圖9-圖15描述根據第二實施例的旋轉電機11。對應于圖1-圖8中的元件被賦予相同的標記，將不再重復對其的描述。圖9是根據第二實施例的旋轉電機11的側視圖。圖10是沿圖9的線X-X所取的剖視圖。參考圖10，磁體44包括磁體(第一磁體)44a以及與磁體44a相鄰設置的磁體44b和44c(第二磁體)。磁體44b和44c位于磁體44a在周向上的兩端處。位于轉子芯43的外表面側處的磁體44a被布置成使得其磁極不同于位于轉子芯43的外表面側處的磁體44b和44c的磁極。在第二實施例中，磁體44a在轉子芯43的外表面側處的磁極采取N極。磁體44b和44c的磁極采取S極。通過設置磁體44b和44c，磁體44b和44c的磁通量被增加至磁體44a的磁通量。因此，磁體44的總磁通量大于磁體44a單獨的磁通量。磁體44a、44b和44c延伸跨越轉子40的兩端。因此，可以獲得與第一實施例的旋轉電機IO相似的功能和優點。圖11是表示當未向圖9所示的磁場線圈50供應電流時磁力線的流動的剖視圖。在圖ll的示例中，磁體44c被布置在磁體44a的位于旋轉方向P的前方側處的端部。磁體44b被布置在磁體44a的位于旋轉方向P的后方側處的端部。定子齒23a被布置磁體44c的在旋轉方向P上的前方側。定子齒23a的端面采取N極磁性。磁體44a面對定子齒23b。定子齒23b的端面采取S極磁性。相對于定子齒23b的在周向上的中部，磁體44a在外表面處沿周向的中部在旋轉方向P上被布置在后方側。磁體44b面對定子齒23c。定子齒23c的端面采取N極磁性。磁體44b在外表面處沿周向的中部被設置在定子齒23c在外表面處沿周向的中部的在旋轉方向P上的后方側。因為磁體44a被布置成相對于定子齒23b向旋轉方向P上的后方側偏移，故從磁體44a的表面發出的磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23隨著在從磁體44a的表面在徑向上向外行進，而以朝向旋轉方向P上的前方側傾斜的方式行進。因為路徑長度因磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23的傾斜而增大，故磁體44a被拉向旋轉方向P上的前方側，使得磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23的路徑長度減小。磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23中到達定子齒23b的磁力線mt21和mt22朝向旋轉方向P上的后方側流過定子芯22，以從定子齒23c進入磁體44b。具體而言，磁力線mt21和mt22形成磁路K4，其對應于從磁體44a的表面到定子齒23b，朝向旋轉方向P上的后方側行進通過定子芯22，從定子齒23c到達轉子芯43以返回至磁體44a的路徑。因為磁體44b的中部相對于定子齒23c的中部位于旋轉方向P上的后方側，故磁力線mt21和mt22隨著在徑向上向內行進，而以朝向旋轉方向P上的后方側傾斜的方式行進。因此，磁體44c被拉動使得定子齒23c的中部與磁體44c的中部在徑向方向上重合。磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23中的一些磁力線(即，磁力線mtll和mtl2)朝向旋轉方向P上的前方側流過定子芯22，以從定子齒23a進入轉子芯43。具體而言，磁力線mtll和mtl2行進經過磁路K3，其從磁體44a的表面到定子齒23b，朝向旋轉方向P上的前方側行進通過定子芯22，并從定子齒23a的端面進入轉子芯43以返回至磁體44a。因為磁體44c相對于定子齒23a位于旋轉方向P上的后方側，故磁力線mtll和mtl2隨著在徑向上向內行進，而以朝向旋轉方向P上的后方側傾斜的方式行進。因此，磁體44c被拉向旋轉方向P上的前方側。因此，轉子40朝向旋轉方向P上的前方側旋轉。磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23中的磁力線mtl3和mt23沿定子芯22的徑向行進。磁力線mtl3和mt23進入磁軛21并行進通過磁軛21進入轉子芯43。具體而言，磁力線mtl3和mt23行進通過磁路K5，其從磁體44a的表面到達定子齒23b的端面，在徑向上穿過定子芯22，到達磁軛21的側壁21b以在軸向方向上行進，從突起21c進入壓制成型轉子芯43b以返回至磁體44a。磁路K3和K4穿過轉子40和定子30的次數多于磁路K5穿過轉子40和定子30的次數。因此，由行進經過磁路K3和K4的磁力線所產生的轉矩高于由行進經過磁路K5的磁力線mtl3和mt23所產生的轉矩。因為基于來自磁體44a的磁通量、來自磁體44b的磁通量以及來自磁體44c的磁通量的組合得到的磁通量從磁體44a的外表面流出，所以相比僅由磁體44a形成磁體44的情況，可以增大所獲得的轉矩。因為磁體44b和44c強烈地吸引從定子30朝向轉子40行進的磁力線，所以可以抑制由圖10所示的線圈24的磁通量所導致的從定子30到轉子40的磁力線的路徑的改變。圖12是當進行磁場增強控制時旋轉電機11的側剖視圖。圖13是沿圖12的線Xm-Xm所取的剖視圖。如圖12和圖13所示，類似第一實施例的旋轉電機10，根據第二實施例的旋轉電機11將電流傳導至磁場線圈50以實現磁力線mt4的流動。因此，磁軛21的側壁21b起N極的作用。參考圖13，可以防止從定子齒23b的端面進入定子芯22的磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23到達磁軛21。換言之，通過減小來自磁體44a的磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23行進經過磁路K5的比率并增大行進經過磁路K3或磁路K4的磁力線的比率，可以提高所產生的轉矩。圖14是當進行磁場減弱控制時旋轉電機11的側剖視圖。圖15是沿圖14的線XV-XV所取的剖視圖。如圖14所示，類似于第一實施例的旋轉電機IO的磁場減弱控制，第二實施例的旋轉電機11的磁場減弱控制對應于將電流傳導至磁場線圈50以產生磁力線mt5。因此，磁軛21的側壁21b起S極的作用。因此，從定子齒23b進入定子芯22的磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23被拉至磁軛21的側壁21b。在磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23中，磁力線mtl2、mtl3、mt22和mt23進入側壁21b以行進經過磁路K5，而剩余的磁力線mtll和mt21行進經過磁路K3或K4。因此，減小從磁體44a發出的磁力線mtll-mt13以及mt21-mt23行進經過磁路K3或K4的比率但增大行進經過磁路K5的磁力線的比率。因此，可以減小流過轉子40和定子30的磁通量。因此，可以獲得類似于第一實施例的旋轉電機10的功能和優點。因為所產生的磁通量大于第一實施例的旋轉電機11的磁體44所產生的磁通量，所以第二實施例的旋轉電機11的磁體44可提供更高的轉矩。(第三實施例)以下將參考圖16描述根據本發明的第三實施例的旋轉電機。圖16是根據第三實施例的旋轉電機的轉子40的立體圖。如圖16所示，磁體44d和磁體44e被設置在轉子40的外表面。磁體44d的外側表面對應于N極。與此表面相對的表面被取為S極。換言之，磁體44d的N極和S極排列在徑向上。磁體44d從轉子40的--端延伸至另一端。磁體44e在軸向上的長度短于磁體44d的長度。磁體44e在軸向上從轉子40的一端延伸至轉子40的中部。磁體44e被設置為覆蓋轉子40的位于磁體44d之間區域處的外表面。磁體44e的外側面對應于S極。與磁體44d不同磁性的磁極被布置在因此，磁路被形成為行進通過磁體44e、與磁體44e形成的磁體44d、以及定子。進行經過該磁路的磁通量包括來自磁體44e和來自磁體44d的磁通量，由此引起較大的磁通量的流動。因此，可以獲得更大的轉矩。轉子齒45設置在轉子40的位于磁體44d之間的外表面，在軸向上與磁體44e相鄰。圖17是沿圖16的線XVII-XVII所取的剖視圖。如圖17所示，對應于轉子齒45的部分取與第一實施例的旋轉電機IO類似的結構。因此，在形成轉子齒45的區域處，可以實現與第一實施例的旋轉電機10類似的功能和優點。盡管在第一至第三實施例中將磁體44形成于轉子40的外表面，但本發明并不限于此。如圖18所示，可以將磁體44嵌入轉子40。換言之，本發明不僅可應用于SPM(表面永磁體)，還可應用于IPM(內部永磁體)。在圖18所示的轉子40中，設置有由兩個磁體44A和44A形成的磁體對49A，以及在周向方向上與磁體對49A間隔開的、由兩個磁體44B和44B形成的磁體對49B。磁體44A和44B被插入形成在轉子40內的孔中。圖18的轉子40將磁體44A和44B排列，使得磁體44A和44B的磁極排列在轉子40的徑向上。因此，可以獲得類似于第一實施例的旋轉電機10的功能和優點。根據如上構造的轉子40，可以實現磁體轉矩(永磁體與線圈的吸引/排斥)和磁阻轉矩(使得磁力線的彎曲變直的力=線圈吸引鐵的力)兩者。(第四實施例)以下將參考圖19和圖20描述根據本發明的第四實施例的旋轉電機14。與圖l-18中已經示出的元件類似的元件被賦予相同的標記，且將不重復對其的描述。圖19是根據第四實施例的旋轉電機14的側剖視圖。圖20是沿圖19的線XX-XX所取的剖視圖。參考圖19，根據第四實施例的旋轉電機14包括轉軸41、固定至轉軸41的轉子40、設置于定子30外周的磁軛21、以及磁場線圈50。如圖20所示，轉子40包括兩個彼此面對布置的轉子齒45。在布置轉子齒45的部分處沿緊湊轉子芯43b徑向的厚度tl被設置為在轉子齒45之間的部分沿緊湊轉子芯43b徑向的厚度t2的至少兩倍。通過轉子齒45在徑向上的凸起，可以抑制位于從定子芯22到轉子齒45的部分的轉子芯43的表面處的磁通量的泄漏。因此，增大了電樞繞組的磁鏈量。由此增大了轉矩。圖21是表示轉子齒長度t(—l一t2)與轉矩T之間關系的視圖。具體而言，圖21的視圖表示出t-T的關系，其中旋轉電機14具有下述表1中所列的尺寸，并將勵磁電流設定為2000AT而將電樞電流設定為168Arms。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>由圖21可知通過增加轉子齒長度t可增大轉矩T。因此，可以將轉子齒長度t設定在就機械強度而言可接受的范圍內。例如，在tl—5mm的情況下，將轉子齒長度設定在至少5mm且不大于10mm的范圍。如圖20所示，轉子齒角度01被設定為使得當轉子齒45在周向上的中心與一個定子齒23在周向上的中心在徑向上對準時，轉子齒45的端部與另一個定子齒23的端部在徑向上一致。例如，當定子齒角度02為15°時，轉子齒角度W被設定為大約75。。換言之，轉子齒角度6I1的總和(^x(轉子齒數量))小于轉子齒45之間的角度03的總和(03x(轉子齒數量))。因為隨著轉子齒角度01增大，轉矩產生面積將增大，故轉矩將增大。但是，當轉子齒角度01變的大于75°時，非面對的定子齒23將位于在轉子齒45在周向上的端部附近。磁通量將泄露到該定子齒23，由此引起轉矩減小。圖22是表示轉子齒角度W與轉矩T關系的圖。具體而言，圖22的視圖表示01-Tt-T的關系，其中旋轉電機14具有表1中列出的尺寸等，且勵磁電流被設定為2000AT且電樞電流被設定為168Arms。從圖22可知將轉子齒角度01至少為75。時轉矩減小。根據定子齒23中的磁飽和水平及轉矩產生面積來設定轉子40的外徑。圖23是表示轉子40的外徑與轉矩N之間關系的圖。從圖23可知，轉矩與轉子40的外徑的逐漸增大成正比地增大。但是，當轉子40的外徑超過預定值時轉矩減小。這是因為，當轉子40的外徑至少為預定值時，在定子芯22中產生的磁飽和將引起電樞繞組的磁鏈的減少。當轉子40的外徑小于預定值時，轉矩產生面積變大以增大轉矩。在圖23所示的示例中，可知轉子40的外徑優選地為123mm。在圖20中，基于轉矩產生面積與定子芯22和磁軛21中的磁飽和之間的關系來設定定子齒23的定子齒角度02。圖24是表示定子齒角度02與轉矩之間關系的視圖。勵磁電流被設定為2000AT，電樞電流被設定為168Arms，且轉子40的外徑被設定為123mm。維持定子齒23的截面面積使得定子齒23的電流密度不會超過9.0Arms/mm2的最大電流密度。從圖24可知當定子齒角度02至少為16.5°時轉矩減小。這是因為，當定子齒角度W不大于16.5°時，隨著定子齒角度"的增大轉矩產生面積也將增大，由此產生電樞繞組的更大的磁鏈。此外，當定子齒角度02至少為16.5°時，由于轉軸41中磁飽和的原因而產生轉矩減小。盡管因磁軛21中的磁飽和導致的轉矩減小程度小于由定子芯22中的磁飽和導致的轉矩減小程度，但是如果定子齒角度02進一歩增大則即使在定子芯22中也會產生磁飽和，從而導致轉矩的明顯減小。在圖24所示的示例中，將定子齒角度^優選地設定為16.5°。以下將描述如上設置的旋轉電機14的工作情況。參考圖19，電流被傳導至磁場線圈，由此產生磁力線mt6，其從磁軛21的突起21c進入壓制成型轉子芯43b，由此從層疊轉子芯43a的轉子齒45進入定子芯，然后到達磁軛21以返回至突起21c。在圖20中，因為磁力線mt6從轉子齒45到達定子芯22，故轉子齒45的表面保持N極。因此，第四實施例的旋轉電機14以與通用永磁體同步電機類似的方式工作。通過調整供應至磁場線圈50的電流量，可以調整產生的磁通量。因此，可以進行所謂的"磁場減弱控制"以及"磁場增強控制"。例如，通過增大供應至磁場線圈50的電流量，可以增大磁力線mt6的磁通量，由此允許獲得更大的轉矩。此外，通過減小供應至磁場線圈50的電流量，可以減小所產生的跨過定子30和轉子40的磁通量，由此可在高轉速區域內減小于線圈24處產生的感應電動力。上述對感應電動力的減小允許與諸如換流器之類的電源的最大電壓相一致的、轉速的增大。因此即使在高轉速區域也可驅動旋轉電機10。上述數字僅為示例，且不應限于上述具體數字及范圍。盡管已經詳細描述并示出了本發明，但可清楚理解的是，上述僅為說明和示例，而不應被視為限制，本發明的精神及范圍僅由所附權利要求的條款限定。權利要求1.一種旋轉電機，包括能夠旋轉的轉軸，形成為管狀的定子芯，固定至所述轉軸的轉子芯，磁體，所述磁體設置在所述轉子芯處使得磁性相異的一對磁極排列在所述轉子芯的徑向上，設置在所述定子芯的外周處的磁軛，以及繞組，所述繞組可以通過形成經過所述磁軛和所述轉子芯的磁路，來控制經過所述轉子芯和所述定子芯的磁通密度。2.根據權利要求1所述的旋轉電機，其中，所述轉子芯包括管狀的第一轉子芯和設置在所述第一轉子芯的內周中的第二轉子芯，所述第二轉子芯在軸向上的磁阻小于所述第一轉子芯在軸向上的磁阻。3.根據權利要求2所述的旋轉電機，其中，所述第一轉子芯在周向和徑向上的磁阻小于在軸向上的磁阻，所述定子芯在周向和徑向上的磁阻小于在軸向上的磁阻。4.根據權利要求1所述的旋轉電機，還包括，形成在所述轉子芯的外表面處的凸極，其在徑向上向外突起，其中所述磁體被設置在所述轉子芯的與所述凸極相鄰的外表面處。5.根據權利要求1所述的旋轉電機，其中，所述磁體包括第一磁體和設置在與所述第一磁體相鄰的位置處的第二磁體，所述第一磁體在位于所述轉子芯的外表面側的部分處的磁極與所述第二磁體在位于所述轉子芯的外表面側的部分處的磁極相異。6.根據權利要求1所述的旋轉電機，其中，所述磁體從所述轉子芯的一端延伸至另一端。7.根據權利要求5所述的旋轉電機，其中，所述第一磁體在所述轉子芯的軸向上形成得比所述第二磁體長，還包括形成在所述第一磁體之間并在所述轉子芯的軸向上在與所述第二磁體相鄰的位置的所述轉子芯的表面處的凸極，其在所述轉子芯的所述徑向上向外突出。8.根據權利要求1所述的旋轉電機，其中，所述磁體嵌入在所述轉子芯中。9.根據權利要求1所述的旋轉電機，其中，所述磁軛由一體成型的磁性材料形成。10.根據權利要求2所述的旋轉電機，其中，所述第一轉子芯由多個鋼板層疊而構成，且所述第二轉子芯由一體成型的磁性材料形成。11.一種旋轉電機，包括能夠旋轉的轉軸，形成為管狀的定子芯，固定至所述轉軸的轉子芯，形成在所述轉子芯的外表面處的凸極，其在徑向上向外突起，并從所述轉子芯的一端延伸至另一端，設置在所述定子芯的外周處的磁軛，以及繞組，通過形成經過所述磁軛和所述轉子芯的磁路，所述繞組nf以擰制經過所述轉子芯和所述定子芯的磁通密度。12.根據權利要求11所述的旋轉電機，其中，所述轉子芯包括管狀的第一轉子芯和設置在所述第一轉子芯的內周中的第二轉子芯，所述第二轉子芯在軸向上的磁阻小于所述第一轉子芯在所述軸向上的磁阻。13.根據權利要求11所述的旋轉電機，其中，所述磁軛由一體成型的磁性材料形成。14.根據權利要求12所述的旋轉電機，其中，所述第一轉子芯由多個鋼板層疊而構成，且所述第二轉子芯由一體成型的磁性材料形成。全文摘要本發明提供了一種旋轉電機，其包括能夠旋轉的轉軸；形成為管狀的定子芯；固定至所述轉軸的轉子芯；磁體，所述磁體設置在所述轉子芯處使得磁性相異的一對磁極排列在所述轉子芯的徑向上；設置在所述定子芯的外周處的磁軛；以及繞組，通過形成經過所述磁軛和所述轉子芯的磁路，所述繞組可以控制經過所述轉子芯和所述定子芯的磁通密度。文檔編號H02K1/27GK101123370SQ20071012946公開日2008年2月13日申請日期2007年7月17日優先權日2006年8月8日發明者小坂卓,山田英治,松井信行,水谷良治,立松和高申請人:豐田自動車株式會社;國立大學法人名古屋工業大學