永久磁铁式旋转电机的制作方法

本发明涉及在转子中使用永久磁铁的永久磁铁式旋转电机，该永久磁铁式旋转电机例如用于工业用的旋转电机及车载用的旋转电机等。

背景技术：

在工业用的旋转电机以及在电动车及混合动力汽车等中使用的车载用的旋转电机中，为了应对小型化、高输出化的要求，使用无需从外部供给磁场能量的永久磁铁的永久磁铁式旋转电机被广泛使用。

另外，作为永久磁铁式旋转电机的定子绕组的构造，大致分为将线圈缠绕于1个齿的集中卷绕和跨过多个齿缠绕线圈的分布卷绕。在此，集中卷绕的线圈末端的长度比分布卷绕短，所以能够缩短旋转电机的轴长。

另一方面，在集中卷绕的定子绕组生成的磁动势中，包含对转矩没有贡献的低次谐波分量，由于该谐波分量的影响，引起增加转矩脉动以及产生具有低阶变形模式的电磁激振力的问题。此外，电磁激振力在与定子或框体等旋转电机的部件的共振频率一致的特定转速时，与这些部件共振而产生噪声。

因此，为了降低转矩脉动，提出了一种永久磁铁式旋转电机(例如参照专利文献1)，该永久磁铁式旋转电机具有定子，该定子具备多个种类的钢板，该定子是将该多个种类的钢板在轴线方向上层叠而成的，上述多个种类的钢板被配置成定子的齿前端部处的圆周方向的中心位置从齿主体部的圆周方向的中心偏离。

另外，为了降低电磁激振力，提出了如下的方法：在对定子绕组接通负的d轴(磁通轴)电流的情况下计算电磁激振力为最小的合适的负的d轴电流(例如，参照非专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3885732号公报

非专利文献

非专利文献1：原崇文，其他4名，“着眼于径向电磁激振力的电角度2次分量的振动降低控制的提案”，平成26年电气学会工业应用部门大会，no.3－58，pp.iii－315～iii－320(原崇文、他4名、「径方向電磁加振力の電気角2次成分に着目した振動低減制御の提案」、平成26年電気学会産業応用部門大会、no.3－58、pp.iii－315～iii－320)

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

如上所述，在集中卷绕的永久磁铁式旋转电机中，由于集中卷绕的定子绕组生成的磁动势所包含的低次谐波分量的影响，产生具有低阶变形模式的电磁激振力。另外，电磁激振力在与旋转电机的部件的共振频率一致的特定转速时，与这些部件共振而产生噪声。

对此，在非专利文献1中，提出了如下方法：通过对定子绕组接通负的d轴电流，从而在降低电磁激振力的情况下，计算合适的负的d轴电流。此外，在专利文献1中，对于降低电磁激振力没有任何记载。

但是，在永久磁铁式旋转电机的高速旋转时，有时为了抑制电压，需要对定子绕组接通负的d轴电流。因此，在电磁激振力与旋转电机的部件的共振频率一致的特定转速时，在电磁激振力为最小的负的d轴电流比电压抑制所需的负的d轴电流小的情况下，存在无法以电磁激振力为最小的负的d轴电流来驱动永久磁铁式旋转电机的问题。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于得到一种永久磁铁式旋转电机，能够在电磁激振力与旋转电机的部件的共振频率一致的特定转速时，以电磁激振力为最小的负的d轴电流来驱动该永久磁铁式旋转电机。

解决技术问题的技术方案

本发明的永久磁铁式旋转电机具备：转子，使用永久磁铁来形成磁场；以及定子，隔着空隙与转子对置，其中，定子具有齿以及芯背，该齿向转子侧突出，齿包括：齿中央部，缠绕有绕组；齿前端部，与转子对置，且未缠绕有绕组；以及凸缘，形成于齿前端部与齿中央部之间，向周向两侧突出，对于连结永久磁铁定子侧中心点和离永久磁铁定子侧中心点最近的齿前端部的直线与转子表面的第1交点，在以从连结转子的旋转轴和第1交点的直线与定子内周面的第2交点到齿前端部的距离为半径的圆弧的外侧形成有凸缘。

发明效果

根据本发明的永久磁铁式旋转电机，对于连结永久磁铁定子侧中心点和离永久磁铁定子侧中心点最近的齿前端部的直线与转子表面的第1交点，在以从连结转子的旋转轴和第1交点的直线与定子内周面的第2交点到齿前端部的距离为半径的圆弧的外侧形成有凸缘。

因此，能够在电磁激振力与旋转电机的部件的共振频率一致的特定转速时，以电磁激振力为最小的负的d轴电流驱动永久磁铁式旋转电机。

附图说明

图1是示出驱动本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的驱动系统的结构框图。

图2是示出驱动本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的驱动系统的硬件结构图。

图3是本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面图。

图4是将本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的放大图。

图5是本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的齿前端部的放大图。

图6是示出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的无负载时的负的d轴电流与线间电压最大值的关系的说明图。

图7是通过磁场解析求出由本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机产生的变形模式6下的时间阶数与电磁激振力的关系而得到的说明图。

图8是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的负的d轴电流与变形模式6/时间－2阶的电磁激振力的关系而得到的说明图。

图9是将一般的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的放大图。

图10是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的与每1个槽的电角度相对的齿前端部的电角度、与电压抑制所需的负的d轴电流以及电磁激振力为最小的负的d轴电流的关系而得到的说明图。

图11是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的距离d与距离l之比d/l与电磁激振力的关系而得到的说明图。

图12是将距离d与距离l之比d/l＝0的情况下的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的放大图。

图13是示出在距离d与距离l之比d/l＝1的情况下的永久磁铁式旋转电机中通过磁场解析得到的磁通线的说明图。

图14是对于各磁铁温度通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的负的d轴电流与电磁激振力的关系而得到的说明图。

图15是示出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的相邻的凸缘间的宽度与电压抑制所需的负的d轴电流的关系的说明图。

图16是示出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的齿前端部的电角度与转矩/铜损的关系的说明图。

图17是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的齿前端部的电角度与齿槽转矩的关系而得到的说明图。

图18是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的磁铁电角度与电压抑制所需的负的d轴电流以及电磁激振力为最小的负的d轴电流的关系而得到的说明图。

图19是将本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的其它放大图。

图20是本发明的实施方式2的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面图。

图21是将本发明的实施方式2的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的放大图。

图22是本发明的实施方式3的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面图。

具体实施方式

以下，使用附图来对本发明的永久磁铁式旋转电机的优选的实施方式进行说明，在各图中对相同或相当的部分附加相同符号来进行说明。

实施方式1.

图1是示出驱动本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的驱动系统的结构框图。在图1中，该驱动系统用于驱动永久磁铁式旋转电机1，具备电池50、逆变器60以及控制装置6。

逆变器60对直流电力和交流电力相互进行变换。对直流电力进行充放电的电池50连接于逆变器60的直流侧，对交流电力和机械能相互进行变换的永久磁铁式旋转电机1经由两组3相绕组连接于交流侧。此外，控制装置6的详细结构以及工作将在后叙述。

图2是示出驱动本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的驱动系统的硬件结构图。在图2中，该驱动系统除了具备图1的电池50、逆变器60以及控制装置6之外，还具备上位控制器80。另外，控制装置6作为硬件具备处理器7和存储装置8。

虽然未图示，但存储装置8具备随机存取存储器等易失性存储装置和闪存存储器等非易失性的辅助存储装置。另外，虽然未图示，但存储装置8也可以具备随机存取存储器等易失性存储装置和作为非易失性的辅助存储装置的代替的硬盘等辅助存储装置。

处理器7执行从存储装置8输入的程序。存储装置8具备辅助存储装置和易失性存储装置，所以经由易失性存储装置将程序从辅助存储装置输入到处理器7。另外，处理器7既可以将运算结果等数据输出到存储装置8的易失性存储装置，也可以将运算结果等数据经由易失性存储装置保存于辅助存储装置。在图2中，对于硬件的结构要素间的数据等的输入输出，将在后叙述。

图3是本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面图。图3所示的永久磁铁式旋转电机1是30极36槽的永久磁铁式旋转电机1。在图3中，永久磁铁式旋转电机1具备转子4，该转子4在大致圆筒状的定子2的内侧确保规定的空隙5地被配置，定子2与转子4构成为以未图示的同一旋转轴为中心。

定子2具有齿3以及芯背10，该齿3向转子4侧突出。另外，线圈隔着由树脂等模制的未图示的绝缘物而集中地缠绕于齿3，构成绕组14。缠绕于齿3的绕组14的一端连接于逆变器60侧，另一端作为未图示的中性线而与其它绕组14的中性线连接。

转子4具有：转子铁芯22，使外周形成大致圆柱面；未图示的旋转轴，以穿过转子铁芯22的轴心位置的方式安装于转子铁芯22，通过压入、烧嵌、利用楔等进行的固定来与转子铁芯22一体化；以及大致长方形形状的永久磁铁21，配置于转子铁芯22的内部。

在此，永久磁铁21利用粘接剂等固定于转子铁芯22。另外，为了防止永久磁铁21产生的磁通在转子铁芯22内短路，缓和转子铁芯22的应力，而设置有磁铁间空隙23。

转子铁芯22是将磁性构件通过贯穿螺栓以及销、或者铆接在轴线方向上进行层叠而构成。另外，形成定子2的铁芯的齿3以及芯背10也同样地是将磁性构件在轴线方向上进行层叠而构成的。

接下来，对永久磁铁式旋转电机1的向量控制进行说明。首先，将在转子4的磁极中心产生与磁铁磁场相同方向的磁通的电流分量的方向设为d轴方向，将与d轴方向正交、在转子4的磁极间使转子4产生正的转矩的电流分量的方向设为q轴方向。

此时，通过合成作为d轴方向的电流分量的d轴电流id和作为q轴方向的电流分量的q轴电流iq来生成电流向量。使用这样的定子2生成的3相交流电流来对永久磁铁式旋转电机1进行控制的向量控制被广泛使用。

返回到图1，控制装置6具有转矩控制部70、电流控制部71、速度检测部72、第1坐标变换部73、第2坐标变换部74、位置检测器75、相位检测部76以及磁铁温度检测部77。

在该控制装置6中，将由未图示的电流检测器检测到的永久磁铁式旋转电机1的两组3相交流电流iu1、iv1、iw1以及iu2、iv2、iw2输入到第2坐标变换部74。位置检测器75检测并输出永久磁铁式旋转电机1的转子4的旋转位置r。

速度检测部72根据从位置检测器75输出的旋转位置r，检测并输出转速ω。相位检测部76根据从位置检测器75输出的旋转位置r，检测并输出相位θ。磁铁温度检测部77检测并输出转子4的永久磁铁21的磁铁温度tm。此外，磁铁温度检测部77既可以测量磁铁温度tm，也可以推测磁铁温度tm。

第2坐标变换部74根据相位θ分别对两组3相交流电流iu1、iv1、iw1以及iu2、iv2、iw2进行3相2相变换，输出dq轴上的电流id、iq。此外，当分别对各组3相交流电流进行3相2相变换时，生成两组dq轴上的电流分量，而第2坐标变换部74将两组dq轴上的电流分量进行平均化而输出。

转矩控制部70具有未图示的存储部，根据从控制装置6的外部的上位控制器80提供的转矩指令、来自速度检测部72的转速ω以及来自磁铁温度检测部77的磁铁温度tm，输出dq轴上的电流指令id*、iq*。此时根据永久磁铁21的磁铁温度tm以使电磁激振力为最小的方式来决定电流指令id*、iq*。

电流控制部71根据来自转矩控制部70的电流指令id*、iq*、来自第2坐标变换部74的电流id、iq以及来自速度检测部72的转速ω，以使电流id、iq追随电流指令id*、iq*的方式进行反馈控制，输出dq轴上的电压指令vd*、vq*。

第1坐标变换部73根据相位θ对来自电流控制部71的电压指令vd*、vq*进行2相3相变换，输出两组3相电压指令值vu1、vv1、vw1以及vu2、vv2、vw2。此时，两组3相电压指令值成为振幅相互相同、时间相位相差30°的波形。另外，利用两组3相电压指令值vu1、vv1、vw1以及vu2、vv2、vw2来控制逆变器60。

图1的转矩控制部70、电流控制部71、速度检测部72、第1坐标变换部73、第2坐标变换部74、位置检测器75、相位检测部76以及磁铁温度检测部77是通过执行存储于存储装置8的程序的处理器7或者未图示的系统lsi等处理电路来实现的。另外，既可以是多个处理器7以及多个存储装置8协作执行上述功能，也可以是多个处理电路协作执行上述功能。

另外，也可以通过多个处理器7以及多个存储装置8与多个处理电路的组合来协作执行上述功能。此外，位置检测器75以及磁铁温度检测部77也可以由位置检测器75以及磁铁温度检测部77的硬件自身分别进行处理。

接着，参照图4、图5，对永久磁铁式旋转电机1的详细构造进行说明。图4是将本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的放大图。另外，图5是本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的齿前端部的放大图。

在图4、图5中，齿3具有：齿中央部11，缠绕有绕组14；齿前端部13，与转子4对置，且未缠绕绕组14；以及凸缘12，形成于齿中央部11与齿前端部13之间，向周向两侧突出。

另外，在图4、图5中，将以未图示的旋转轴为中心的每1个槽的电角度设为w[°]，将以旋转轴为中心的齿前端部13的电角度设为t[°]，将由凸缘12的转子4侧表面与齿前端部13的转子4侧表面划定的定子2内周面的距离设为d，将形成空隙5的齿前端部13与转子4的距离设为g，将永久磁铁21的定子2侧中心部与转子铁芯22的表面的距离设为m，将定子2的内径设为i，将相邻的凸缘12间的宽度(槽开口)设为s，将凸缘12的最小高度设为h，将齿中央部11的最小主体宽度设为b。

另外，在凸缘12的转子4侧表面与转子铁芯22平行的情况下，对于连结永久磁铁21的定子2侧中心部和离永久磁铁21的定子2侧中心部最近的齿前端部13的直线与转子4表面的交点，将从连结未图示的旋转轴和该交点的直线与定子2内周面的交点至齿前端部13的距离设为l。此外，定子2内周面表示将齿前端部13的内周面作为半径的全周，还包括齿3间的空隙部的与齿前端部13的内周面同样的径向位置。另外，距离l由下式(1)定义，凸缘12形成为使得d≥l。

[式1]

以下，对上述结构的永久磁铁式旋转电机1的作用进行说明。首先，对恒定电压下的永久磁铁式旋转电机1的d轴电流的决定方法进行说明。配置有永久磁铁21的转子4不论转速如何都产生恒定的磁通，所以在作为磁场源而使用永久磁铁21的永久磁铁式旋转电机1中，随着转速上升，由于永久磁铁21的磁通而在绕组14中产生反电动势。

在此，当达到某个转速时，该反电动势变为与电池50的电压相等，变得使电流无法在绕组14流过，所以无法相比该转速再提高转速。因此，为了避免该现象，对绕组14接通减弱由永久磁铁21产生的磁场的负的d轴电流。

图6是示出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的无负载时的负的d轴电流与线间电压最大值的关系的说明图。从图6可知，当使负的d轴电流的大小增加时，线间电压最大值逐渐下降，在某个负的d轴电流下低于直流电源的电压。

在此，将某个转速时的线间电压最大值低于直流电源的电压的负的d轴电流设为id1。此外，在永久磁铁式旋转电机1中，随着转速变高，在绕组14中产生反电动势、即线间电压最大值增加，所以随着转速变高，d轴电流id1也增加。

接下来，对电磁激振力的产生原因进行说明。电磁激振力是指由在空隙5产生的磁通密度的谐波分量产生的电磁性的激振源，当定子2或未图示的框体等构造物的变形模式以及固有频率与电磁激振力一致时，构造物共振而产生噪声。

另外，在将绕组14集中地缠绕于齿3的集中卷绕的永久磁铁式旋转电机1中，一般已知在低阶变形模式/时间阶数(timeorder)具有电磁激振力的峰值。在此，对由永久磁铁式旋转电机1产生的电磁激振力的变形模式/时间阶数进行说明。

此外，通过根据定子2的槽数及转子4的极数而产生的空隙5的磁通密度的谐波分量的组合，在特有的变形模式/时间阶数下产生电磁激振力。在本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机1中，极数为30，槽数为36。

通过永久磁铁21生成的磁动势fmg与由定子2的槽数所引起的磁阻的变动pst的组合来产生转子4生成的磁通密度的谐波分量brt，如下式(2)那样表示。在式(2)中，x表示空间阶数，y表示时间阶数，符号的顺序不同。

[式2]

(xbrt，ybrt)＝±(xfmg，yfmg)±(xpst，ypst)…(2)

具体而言，在极数为30的转子4中，作为永久磁铁21的磁动势(xfmg，yfmg)，产生(15，1)、(30，2)、(45，3)等分量。另外，在槽数为36的定子2中，作为磁阻的变动分量(xpst，ypst)，产生(0，0)、(36，0)、(72，0)等。此时，根据由下式(3)表示的组合产生转子4生成的磁通密度的谐波分量(xbrt，ybrt)。

[式3]

另一方面，通过定子2的绕组14生成的磁动势fst与由转子4所引起的磁阻的变动prt的组合产生定子2生成的磁通密度的谐波分量bst，如下式(4)那样表示。在式(4)中，符号顺序不同。

[式4]

(xbst，ybst)＝±(xfst，yfst)±(xprt，yprt)…(4)

具体而言，作为本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机1的绕组14生成的磁动势(xfst，yfst)，产生(15，1)、(21，-1)等分量。另外，在转子4中，作为磁阻的变动分量(xprt，yprt)，产生(0，0)等。此时，根据由下式(5)表示的组合产生定子2生成的磁通密度的谐波分量(xbst，ybst)。

[式5]

在此，关于电磁激振力femf，根据由下式(6)表示的麦克斯韦的应力的关系式，已知与在空隙5产生的磁通密度的2次方成比例。

[式6]

femf∝b²＝(bst+brt)²…(6)

因此，在本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机1中，由在空隙5产生的磁通密度分量(15，1)、(21，-1)等产生变形模式6/时间-2阶分量((21，-1)-(15，1))。

图7是通过磁场解析求出在本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中产生的变形模式6下的时间阶数与电磁激振力的关系而得到的说明图。从图7可知，在变形模式6下，在时间-2阶处，具有电磁激振力的峰值。

图8是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的负的d轴电流与变形模式6/时间－2阶的电磁激振力的关系而得到的说明图。由本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机1产生的变形模式6/时间－2阶的电磁激振力是通过在空隙5产生的磁通密度分量(15，1)、(21，－1)等组合而产生的，而(15，1)分量为对转矩做出贡献的分量。

因此，只要能够降低在空隙5产生的磁通密度分量(21，－1)，则能够抑制变形模式6/时间－2阶的电磁激振力。此外，由转子4生成的磁通密度分量(21，－1)和定子2生成的磁通密度分量(21，－1)产生在空隙5产生的磁通密度分量(21，－1)。

在此，在这两者的磁通密度分量的相位正好反转的情况下，能够相互抵消，在由电流向量的关系表示的情况下为仅接通负的d轴电流的状态。因此，在图7中，电磁激振力大致为0的负的d轴电流id2是转子4生成的磁通密度分量(21，－1)与定子2生成的磁通密度分量(21，－1)正好相抵消的状态。

如上所述，在非专利文献1中，示出了电磁激振力为最小的负的d轴电流id2的计算方法。另外，电磁激振力在为与定子2或未图示的框体等构造物的变形模式以及固有频率一致的特定转速时，与构造物共振而产生噪声，这成为问题。

此时，在该特定转速时的电压抑制所需的负的d轴电流id1比电磁激振力为最小的负的d轴电流id2大的情况下，以电压抑制所需的负的d轴电流id1来驱动永久磁铁式旋转电机1，所以产生无法以电磁激振力为最小的负的d轴电流id2来驱动永久磁铁式旋转电机1的课题。

图9是将一般的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的放大图。图10是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的与每1个槽的电角度相对的齿前端部的电角度、与电压抑制所需的负的d轴电流以及电磁激振力为最小的负的d轴电流的关系而得到的说明图。

具体而言，图10是通过磁场解析求出使图9所示的齿前端部13的电角度t变化的情况下的根据每1个槽的电角度w标准化的t/w、与某个转速时的电压抑制所需的负的d轴电流id1以及变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2的关系而得到的说明图。

从图10可知，随着t/w变小，即随着齿前端部13的角度t变小，变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2增加。

其原因为，由于转子4生成的磁通密度分量(21，－1)是通过永久磁铁21的磁动势分量(15，1)与由定子2的槽数所引起的磁阻的变动分量(36，0)的组合而产生的，所以在永久磁铁21的磁动势恒定的情况下，当齿前端部13的角度t变小时，由定子2的槽数所引起的磁阻的变动分量(36，0)增加，结果是在空隙5产生的磁通密度分量(21，－1)增加。

因此，由于在空隙5产生的磁通密度分量(21，－1)增加，从而为了抵消该分量所需的负的d轴电流增加，所以当减小齿前端部13的角度t时，变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2增加。

另外，从图10可知，随着齿前端部13的角度t变小，某个转速时的电压抑制所需的负的d轴电流id1也同样地增加。其原因为，当齿前端部13的角度t变小时，转子4生成的磁通泄漏到定子2的相邻的齿3的量降低，所以与绕组14交链的磁通增加，电压抑制所需的负的d轴电流id1增加。

到此为止，示出了变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2随着齿前端部13的角度t变小而增加的情况。因此，为了促进永久磁铁21生成的磁通的泄漏且不改变齿前端部13的形状以使变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2不变动，形成凸缘12，从而能够不使d轴电流id2变动而降低d轴电流id1的大小。

由此，能够在定子2或未图示的框体等构造物的变形模式以及固有频率与电磁激振力一致的特定转速时，以变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2驱动永久磁铁式旋转电机1。

图11是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的距离d与距离l之比d/l与电磁激振力的关系而得到的说明图。图12是将距离d与距离l之比d/l＝0的情况下的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的放大图。图13是示出在距离d与距离l之比d/l＝1的情况下的永久磁铁式旋转电机中通过磁场解析得到的磁通线的说明图。

具体而言，图11示出通过磁场解析求出根据上述距离l对作为凸缘12的高度的指标的上述距离d进行了标准化时的值d/l与变形模式6/时间－2阶的电磁激振力的关系而得到的结果。此外，在d/l＝0的情况下，如图12所示，与以往的凸缘形状等效。

另外，从图11可知，当增大距离d时，从转子4侧观察到的包括凸缘12的等效的齿3的宽度变小，所以变形模式6/时间－2阶的电磁激振力下降，当d/l≥1时，电磁激振力大致为0。d/l＝1的情况下的磁通线如图13所示。

这样，通过增大距离d，永久磁铁21生成的磁通不经由凸缘12而从齿前端部13与绕组14直接交链，设置有凸缘12时的等效的齿宽变为与齿前端部13的宽度一致。即，能够从永久磁铁21的位置与到定子2的转子4侧表面的距离、特别是到空隙5的距离的关系来考虑永久磁铁21生成的磁通。

另外，在从永久磁铁21生成的磁通的磁路中，空隙5的磁阻为支配性的，所以磁通与如从永久磁铁21的定子2侧中心部起空隙为最短的那样的定子2的转子4侧表面交链。因此，这些关系能够根据距离d与距离l的关系而计算出，当d/l≥1时，永久磁铁21的磁通与齿前端部13交链。这样，能够使变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2不变动而设置凸缘12。

图14是对于各磁铁温度通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的负的d轴电流与变形模式6/时间－2阶的电磁激振力的关系而得到的说明图。具体而言，图14示出在磁铁温度tm为20℃、100℃、150℃各温度的情况下使负的d轴电流变化时的电磁激振力的磁场解析结果。从图14可知，当磁铁温度tm改变时，永久磁铁21的磁通密度也变化，所以电磁激振力为最小的负的d轴电流id2也变化。

在本发明的实施方式1中，转矩控制部70具有存储部，在定子2或未图示的框体等由于电磁激振力而共振的特定转速时，根据磁铁温度tm而生成电磁激振力为最小的负的d轴电流id*作为指令值。此外，相对于磁铁温度tm，电磁激振力为最小的负的d轴电流id的关系通过磁场解析或者实际测量来计算。

以下，对上述结构的永久磁铁式旋转电机1的效果进行说明。图15是示出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的相邻凸缘间的宽度与电压抑制所需的负的d轴电流的关系的说明图。具体而言，图15示出在设为距离d与距离l之比d/l＝1时使相邻凸缘12间的宽度(槽开口)s变动的情况下的、电压抑制所需的负的d轴电流id1的变化。

从图15可知，当使槽开口s变窄时，电压抑制所需的负的d轴电流id1下降，能够设为比变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2低。

这样，通过形成凸缘12以使得d/l≥1，能够促进磁通泄漏，抑制电压抑制所需的负的d轴电流，所以能够以电压抑制所需的负的d轴电流id1的大小以上且变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2驱动永久磁铁式旋转电机1。

图16是示出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的齿前端部的电角度与转矩/铜损的关系的说明图。在图16中，在设为齿前端部13的宽度与缠绕绕组14的部分的宽度相等的情况下，当齿前端部13的宽度(电角度)变大时，转矩变大。另一方面，绕组14的插入部的槽面积变小，所以铜损变大。

因此，如图16所示，在齿前端部13的电角度为88°的情况下，转矩/铜损最大。因此，齿前端部13的宽度(电角度)被决定为以使转矩/铜损最大，齿前端部13的电角度t被设为51°<齿前端部13的电角度t<122°，以成为以转矩/铜损的最大值进行了标准化时的80％以上。由此，能够使转矩/铜损最大化。

此外，在最大转矩时，齿3磁饱和，所以假定为与最大转矩有关的磁通量与齿3的剖面面积成比例，且考虑作为凸缘12的高度的指标的上述距离d的大小的影响，假定为铜损与绕组14的插入部的槽面积成比例，从而计算出图16。由此，能够成为以转矩/铜损的最大值进行了标准化时的80％以上，所以能够提高永久磁铁式旋转电机1的效率。

图17是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的齿前端部的电角度与齿槽转矩的关系而得到的说明图。根据图17可以考虑决定齿前端部13的电角度t以使齿槽转矩为最小。

如图17所示，当考虑制作误差而按照齿槽转矩为最小的角度的±2度左右来设定各齿前端部13的电角度t时，能够设为79°<齿前端部13的电角度t<83°或者111°<齿前端部13的电角度t<115°。由此，能够在提高永久磁铁式旋转电机1的效率的同时使齿槽转矩最小。

图18是通过磁场解析求出本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机中的磁铁电角度与电压抑制所需的负的d轴电流以及电磁激振力为最小的负的d轴电流的关系而得到的说明图。

如图18所示，随着减小永久磁铁21的周向的宽度(电角度)，电磁激振力为最小的负的d轴电流id2的大小增加，所以最好以与电压抑制所需的d轴电流id1一致的方式决定永久磁铁21的电角度。

此外，也可以是电磁激振力为最小的负的d轴电流id2的大小为电压抑制所需的d轴电流id1以上。由此，能够进一步抑制负的d轴电流id1，所以能够以电压抑制所需的负的d轴电流id1的大小以上且变形模式6/时间－2阶的电磁激振力为最小的负的d轴电流id2来驱动永久磁铁式旋转电机1。

在此，随着转子4的转速变高，电压抑制所需的负的d轴电流id1增加，所以在转速为10,000r/min以下时，最好将相邻的凸缘12间的宽度(槽开口)s的电角度设为齿前端部13的宽度的电角度的0以上且0.3倍以下。

另外，在本发明的实施方式1中，永久磁铁21被嵌入到转子4，所以通过接通电磁激振力为最小的负的d轴电流id2，能够在活用磁阻转矩的同时使电磁激振力为最小。即，在嵌入磁铁式旋转电机中，将永久磁铁21嵌入转子4的内部，所以不需要用于保持永久磁铁21的构件，且能够活用磁阻转矩，所以能够提高转矩。

另外，在本发明的实施方式1中，使用了两组3相绕组，所以效率高，且绕组系数变高，转矩提高。即，通过这样的2重3相驱动，实现高效率，并且绕组系数变高，所以能够提高转矩。

另外，在本发明的实施方式1中，使用30极36槽的永久磁铁式旋转电机1进行了说明，但不限定于此，只要极数与槽数的关系为6±1：6即可，在通常的3相绕组的情况下也能够应用。另外，也可以将其它变形模式和时间阶数作为对象。特别在5极6槽系列中，能够减小齿槽转矩。

另外，在本发明的实施方式1中，作为两组d轴电流与q轴电流的平均来计算用于旋转电机控制的dq轴上的电流id、iq，但不限定于此，也可以分别单独地控制。

另外，在本发明的实施方式1中，以d/l≥1的方式形成凸缘12，且形成为凸缘12的转子4侧表面与转子铁芯22平行，但不限定于此，凸缘12只要形成于由上述式(1)定义的半径l的圆弧的外侧即可。即，也可以形成如表示将本发明的实施方式1的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的其它放大图的图19所示的凸缘12。

另外，在本发明的实施方式1中，将在外侧配置有定子2、在内侧配置有转子4的内转子型的永久磁铁式旋转电机1举为例子进行了说明，但不限定于此，也可以使用调换了定子2和转子4的位置的外转子型的永久磁铁式旋转电机。另外，永久磁铁21使用钕磁铁等稀土类磁铁来构成，但也可以使用钐钴磁铁、铁氧体磁铁等烧结磁铁、粘结磁铁等其它磁铁。

如以上那样，根据实施方式1，对于连结永久磁铁定子侧中心点和离永久磁铁定子侧中心点最近的齿前端部的直线与转子表面的第1交点，在将从连结转子的旋转轴和第1交点的直线与定子内周面的第2交点至齿前端部的距离作为半径的圆弧的外侧形成有凸缘。

因此，能够在电磁激振力与旋转电机的部件的共振频率一致的特定转速时，以电磁激振力为最小的负的d轴电流驱动永久磁铁式旋转电机。

即，以不对电磁激振力造成影响的方式形成凸缘，决定齿前端部的宽度和相邻的凸缘间的宽度以使得在与定子或框体等构造物的变形模式以及固有频率一致的特定转速时，使电磁激振力为最小的负的d轴电流收敛于能够运转的电流条件。

另外，通过在定子的齿中央部与齿前端部之间形成凸缘，从而不对电磁激振力为最小的负的d轴电流造成影响，能够在促进磁通泄漏的同时，降低电压抑制所需的d轴电流。此外，当凸缘的最小高度h为齿中央部11的主体宽度b的一半以上时，由永久磁铁21产生的主磁通通过凸缘之间，而当凸缘的最小高度比齿前端宽度的一半小时，由永久磁铁21产生的主磁通与齿中央部11进行交链，所以抑制转矩下降。

实施方式2.

图20是本发明的实施方式2的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面图。图20所示的永久磁铁式旋转电机1是30极36槽的永久磁铁式旋转电机1。在图20中，齿3为锥形形状，缠绕绕组14的槽为相互平行。

另外，在转子4的转子铁芯22的表面配置有大致长方形形状的永久磁铁21。在此，对转子铁芯22涂敷粘接剂而将永久磁铁21贴紧，或者将转子4插入sus管等圆筒状的保护管，从而防止永久磁铁21的飞散。

图21是将本发明的实施方式2的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面放大而得到的放大图。在图21中，在图20所示的表面磁铁构造的永久磁铁式旋转电机1中，转子铁芯22不形成于永久磁铁21的外侧，所以将上述式(1)中的m设为0来计算l，以d/l≥1的方式形成凸缘12。

如以上那样，根据实施方式2，通过使齿3形成为锥形形状，能够扩大齿3的铁芯剖面面积，能够缓和磁饱和，所以能够提高最大转矩。另外，通过在转子4的表面设置永久磁铁21，能够抑制磁铁端部的短路磁通，所以能够有效地活用与定子2交链的磁铁磁通，能够提高转矩。

实施方式3.

图22是本发明的实施方式3的永久磁铁式旋转电机的与轴线方向垂直的剖面图。图22所示的永久磁铁式旋转电机1为24极36槽的永久磁铁式旋转电机1。

在将绕组14集中地缠绕于齿3的集中卷绕的永久磁铁式旋转电机1中，如上所述，一般已知在低阶变形模式/时间阶数具有电磁激振力的峰值。在此，对由永久磁铁式旋转电机1产生的电磁激振力的变形模式/时间阶数进行说明。

此外，通过根据定子2的槽数及转子4的极数产生的空隙5的磁通密度的谐波分量的组合，在特有的变形模式/时间阶数下产生电磁激振力。

通过永久磁铁21生成的磁动势fmg与由定子2的槽数所引起的磁阻的变动pst的组合产生转子4生成的磁通密度的谐波分量brt，如上述式(2)那样表示。

具体而言，在极数为24的转子4中，作为永久磁铁21的磁动势(xfmg，yfmg)，产生(12，1)、(24，2)、(36，3)等分量。另外，在槽数为36的定子2中，作为磁阻的变动分量(xpst，ypst)，产生(0，0)、(36，0)、(72，0)等。此时，根据由下式(7)表示的组合产生转子4生成的磁通密度的谐波分量(xbrt，ybrt)。

[式7]

另一方面，通过定子2的绕组14生成的磁动势fst与由转子4所引起的磁阻的变动prt的组合产生定子2生成的磁通密度的谐波分量bst，如上述式(4)那样表示。

具体而言，作为本发明的实施方式3的永久磁铁式旋转电机1的绕组14生成的磁动势(xfst，yfst)，产生(12，1)、(24，－1)等分量。另外，在转子4中，作为磁阻的变动分量(xprt，yprt)，产生(0，0)等。此时，根据由下式(8)表示的组合产生定子2生成的磁通密度的谐波分量(xbst，ybst)。

[式8]

在此，关于电磁激振力femf，根据由上述式(6)表示的麦克斯韦的应力的关系式，已知与在空隙5产生的磁通密度的2次方成比例。

因此，在本发明的实施方式3的永久磁铁式旋转电机1中，由在空隙5产生的磁通密度分量(12，1)、(24，－1)等产生变形模式12/时间－2阶分量((24，－1)－(12，1))。

因此，只要能够降低在空隙5产生的磁通密度分量(24，－1)，则能够抑制变形模式12/时间－2阶的电磁激振力。此外，通过转子4生成的磁通密度分量(24，－1)和定子2生成的磁通密度分量(24，－1)产生在空隙5产生的磁通密度分量(24，－1)。

在此，在这两者的磁通密度分量的相位正好反转的情况下，能够相互抵消，当按照电流向量的关系表示时，是仅接通负的d轴电流的状态。因此，与实施方式1同样地，通过接通负的d轴电流，从而成为转子4生成的磁通密度分量(24，－1)与定子2生成的磁通密度分量(24，－1)正好相抵消那样的状态。

如以上那样，在实施方式3中，也能够在电磁激振力与旋转电机的部件的共振频率一致的特定转速时，以电磁激振力为最小的负的d轴电流驱动永久磁铁式旋转电机。

另外，在定子的齿中央部与齿前端部之间形成凸缘，从而不对电磁激振力为最小的负的d轴电流造成影响，能够在促进泄漏磁通的同时，降低电压抑制所需的d轴电流。

此外，在本发明的实施方式3中，示出了24极36槽的永久磁铁式旋转电机1的例子，但在具有作为其最小单位的2极3槽的自然数倍的极数槽数的永久磁铁式旋转电机1中，由于永久磁铁21与齿3的位置关系不改变，所以也能够得到与本发明的实施方式3同样的效果。