旋转电机转子磁极结构.pdf

用于旋转电机的转子，转子包括第一极片和第二极片（44',48'），第一极片（44'）和第二极片（48'）分别具有各自的磁性的毂部分（92,96），该毂部分设置为绕轴线（60）旋转且沿轴线隔开。多个磁性的第一极指和第二极指（100',104'）彼此间隔且在毂部分之间延伸。每个极指具有近端（148'）和沿轴向相反的远端（152'），近端与各自的毂部分连接。第一极指和所述第二极指围绕轴线沿周向交替，且每个极指具有各自的径向内表面（184',192'），该径向内表面限定了从远端到腔末端（224）沿轴向延伸的腔（220）。对于每个极指，在位于远端和腔末端之间的各个轴向位置处，在腔内侧的轴线与径向内表面之间的径向距离大体上大于在腔外侧的轴线与径向内表面之间的径向距离。

权利要求书1.  一种用于旋转电机（20'）的转子（56'），所述转子（56'）包括：第一极片（44'）和第二极片（48'），所述第一极片（44'）和所述第二极片（48'）分别具有各自的磁性的毂部分（92,96），该毂部分（92,96）用于绕轴线（60）旋转，所述第一极片的毂部分和所述第二极片的毂部分（44',48'）沿所述轴线（60）隔开；多个磁性的第一极指（100'）和多个磁性的第二极指（104'），所述多个磁性的第一极指（100'）和所述多个磁性的第二极指（104'）彼此间隔且在所述第一极片的毂部分与所述第二极片的毂部分（92,96）之间延伸，每个极指（100',104'）具有近端（148'）和沿轴向相反的远端（152'），所述第一极指和所述第二极指的所述近端（148'）分别对应连接于所述第一极片的毂部分与所述第二极片的毂部分（92,96）中的一者，所述第一极指和所述第二极指（100',104'）围绕所述轴线（60）沿周向交替布置，每个极指（100',104'）具有各自的径向内表面（184',192'），该径向内表面（184',192'）限定了从所述远端（152'）到腔末端（224）沿轴向延伸的腔（220）；以及对于每个极指（100',104'），在位于所述远端（152'）和所述腔末端（224）之间的各个轴向位置处，在所述腔（220）内侧的所述轴线（60）与所述径向内表面（184',192'）之间的径向距离大体上大于在所述腔（220）外侧的所述轴线（60）与所述径向内表面（184',192'）之间的径向距离。2.  根据权利要求1所述的转子（56'），其中，对于每个极指（100',104'），所述腔末端（224）位于所述近端（148'）与所述远端（152'）之间。3.  根据权利要求1或2所述的转子（56'），其中，对于每个极指（100',104'），在所述腔（220）内侧的所述轴线（60）与所述径向内表面（184',192'）之间的径向距离在所述远端（152'）和所述腔末端（224）之间的第一轴向位 置处大于在所述第一轴向位置和所述腔末端（224）之间的第二轴向位置处。4.  根据前述任意一项权利要求所述的转子（56'），其中，每个极指（100',104'）具有沿周向相对的前缘和后缘（156,160），且各个所述腔（220）位于所述前缘和后缘（156,160）之间。5.  根据前述任意一项权利要求所述的转子（56'），其中，对于每个极指（100',104'），所述腔（220）具有沿垂直于所述轴线（60）的方向变化的宽度，所述远端（152'）和所述腔末端（224）之间的第一轴向位置处的所述宽度大于位于所述第一轴向位置和所述腔末端（224）之间的第二轴向位置处的所述宽度。6.  根据前述任意一项权利要求所述的转子（56'），其中，对于每个极指（100',104'），在垂直于所述轴线（60）的假想平面中，所述腔（220）大体呈三角形状。7.  根据前述任意一项权利要求所述的转子（56'），其中，对于每个极指（100',104'），在平行于所述轴线（60）的假想平面中，所述腔（220）大体呈三角形状。8.  根据前述任意一项权利要求所述的转子（56'），其中，每个极指（100',104'）的所述腔末端（224）限定腔顶点。9.  根据前述任意一项权利要求所述的转子（56'），其中，对于每个极指（100',104'），在各自的腔末端（224）和远端（152'），在所述腔（220）外侧的位置上所述径向内表面（184',192'）距离所述轴线（60）的径向距离相 等。10.  根据权利要求1-3中任意一项所述的转子（56'），其中，每个极指（100',104'）限定有径向外表面（180,188），各个所述极指（100',104'）具有位于所述径向内表面（184',192'）与所述径向外表面（180,188）之间的径向厚度，该径向厚度在所述腔（220）外侧的第一位置处比在所述腔（220）内侧的第二位置处大。11.  根据权利要求10所述的转子（56'），其中，每个极指（100',104'）具有沿周向相对的前缘和后缘（156,160），且所述第一位置沿周向位于各个所述极指（100',104'）的所述腔（220）与所述前缘和后缘（156,160）中的一者之间。12.  根据权利要求10或11所述的转子（56'），其中，所述第一位置位于各个所述极指（100',104'）的所述近端（148'）与所述腔末端（224）之间。13.  根据权利要求1-3中任意一项所述的转子（56'），其中，每个极指（100',104'）具有沿周向相对的前缘和后缘（156,160），各自的所述径向内表面（184',192'）在所述前缘和后缘（156,160）之间沿周向延伸，且所述前缘和后缘（156,160）大体上平行于所述轴线（60）。14.  根据前述任意一项权利要求所述的转子（56'），其中，对于磁性，所述第一极指（100'）为N极指且所述第二极指（104'）为S极指，且进一步包括至少一个磁体（200'），所述磁体（200'）设置在沿周向相邻的一对N极指与S极指（100',104'）之间，该磁体（200'）具有相对的N极面和S极面（216），所述磁体的N极面（216N）接合所述N极指（100'），所述磁体 的S极面（216S）接合所述S极指（104'）。15.  根据前述任意一项权利要求所述的转子（56'），其中，每个极指（100',104'）具有沿周向相对的前缘侧表面与后缘侧表面（164',168';172',176'）且各自的所述径向内表面（184',192'）在所述前缘侧表面与后缘侧表面（164',168';172',176'）之间沿周向延伸；以及进一步包括至少一个磁体（200'），所述磁体（200'）设置在沿周向相邻的一对第一极指和第二极指（100',104'）的接合的前缘侧表面和后缘侧表面（164',168';172',176'）之间，并且该磁体（200'）具有磁性相反的极侧面(216)，每个磁性相反的极侧面(216)邻接所述极指的前缘侧表面和后缘侧表面（164',168';172',176'）中的一者，所述前缘侧表面和后缘侧表面（164',168';172',176'）大体上沿各自的极指（100',104'）的位于近端和远端（148',152'）之间的整个长度延伸。16.  根据前述任意一项权利要求所述的转子（56'），其中，该转子（56'）进一步包括励磁线圈（88），该励磁线圈（88）围绕所述轴线（60）设置且位于所述第一极片的毂部分和第二极片的毂部分（92,96）之间，所述第一极片的毂部分和第二极片的毂部分（92,96）的N磁极和S磁极的指定通过选定流过所述励磁线圈（88）的电流方向可选择地确定。17.  一种旋转电机（20'），该旋转电机（20'）包括：前述任意一项权利要求所述的转子（56'）；围绕所述转子（56'）的定子（52'）；以及连接于所述定子（52'）的壳体（24），所述转子（56'）通过所述壳体（24）支撑以能够相对于所述定子（52'）旋转。18.  一种用于旋转电机（20'）的转子（56'），所述转子（56'）包括：一对有磁性的第一极片和第二极片（44',48'），所述第一极片和所述第二极片（44',48'）分别具有各自的毂部分（92,96），所述第一极片的毂部分和所述第二极片的毂部分（92,96）沿轴线（60）间隔设置且分别具有多个第一极指和多个第二极指（100',104'），该多个第一极指和多个第二极指（100',104'）中的每一个相对于彼此间隔，且围绕所述轴线（60）分布以限定出大致圆柱形的转子外表面，每个极指（100',104'）具有基部（148'），该基部（148'）连接于各自的第一极片的毂部分或第二极片的毂部分（92,96）上，且朝向另一个极片的毂部分（92,96）延伸，所述多个第一极指和多个第二极指（100',104'）中的一者的每个极指终止于尖端（152'），该尖端（152'）定位为与包括所述多个第一极指和多个第二极指（100',104'）中的另一者的一对极指（100',104'）的基部（148'）接近，其中，每个极指的尖端（152'）具有径向向内开放的腔（220），该腔（220）具有沿轴向向内方向从所述尖端（152'）朝向各个极指(100',104')的基部（148'）延伸到腔末端（224）的长度，该腔（220）具有沿大体上垂直于所述轴线（60）的方向在各个极指（100',104'）的相对的边缘（156,160）之间延伸的宽度尺寸、以及大体上沿径向延伸至各个极指（100',104'）中的深度尺寸，所述腔的宽度尺寸和深度尺寸中的至少一者在轴向向内方向上沿着所述腔的长度减小。19.  根据权利要求18所述的转子（56'），其中，对于磁性，所述第一极指（100'）为N极指且所述第二极指（104'）为S极指，且进一步包括至少一个磁体（200'），该磁体（200'）设置在沿周向相邻的一对N极指与S极指（100',104'）之间，该磁体（200'）具有相对的N极面和S极面（216），所述磁体的N极面（216N）接合所述N极指（100'），所述磁体的S极面（216S） 接合所述S极指（104'）。20.  一种旋转电机（20'），该旋转电机（20'）包括：根据权利要求18或19所述的转子（56'）；围绕所述转子（56'）的定子（52'）；以及连接于所述定子（52'）的壳体（24），所述转子（56'）通过所述壳体（24）支撑以能够相对于所述定子（52'）旋转。

说明书旋转电机转子磁极结构
相关申请的优先权要求
本申请要求以下各专利申请的优先权：于2013年4月5日提交的、申请号为No.61/808,991、名称为“ROTARY ELECTRIC MACHINE ROTORPOLE CONFIGURATION（旋转电机转子磁极结构）”的美国临时专利申请，以及于2013年11月20日提交的、申请号为No.14/085,241、名称为“ROTARYELECTRIC MACHINE ROTOR POLE CONFIGURATION（旋转电机转子磁极结构）”的美国专利申请。
技术领域本发明涉及旋转电机，尤其是旋转电机的转子，且更具体地是包括永久磁体的转子类型。
背景技术
图1显示了现有技术中的旋转电机（应用于车辆上的交流电机）的例子，本发明的技术可以应用于该旋转电机。交流电机20具有壳体24和转轴28，所述转轴28分别地通过前滚动轴承32和后滚动轴承36支撑在所述壳体24中。皮带传动轮40固定于所述转轴28的突出的前端。所示旋转电机20的转子56包括分别可转动地安装在所述轴28上的前交流电机极片44和后交流电机极片48。交流电机20大体上包括围绕所述转子56的定子52，所述定子52固定在所述壳体24上。所述转子56绕其旋转轴线（机器中心轴线60）的旋转使得定子绕组68中产生交流电。
所述定子52大体上包括定子铁芯64，定子绕组68围绕所述定子铁芯64缠绕。如在本领域中所知，所述定子铁芯64大体上包括堆片（lamina stack）72，该堆片72由多个薄片沿相对于所述转轴28的旋转轴线60轴向堆叠而 成。每个薄片可能由电工钢或者其他合适的铁磁材料制成。参考图2，所述定子绕组68通常包括多个导体76，且所述定子铁芯64限定了多个狭槽（slots）80，所述狭槽80位于多个定子齿84之间；图10也示出了所述定子狭槽80和所述齿84。所述多个导体76轴向延伸穿过所述狭槽80且以常规的方式形成环形，以使所述环形围绕所述定子52的周向分布。如图2中，多个定子绕组导体76，也就是第一导体76a、第二导体76b以及第三导体76c，所述导体限定由交流电机产生的三相电功率。
所述转子56是众所周知的爪极转子，且所述转子56包括一对相对的爪极片44，48和围绕所述中心轴线60设置的励磁线圈（excitation field coil）88。极片44和48是由磁性材料（例如钢）制成，且所述极片44和48大体上相同，所述极片44和48均具有毂部分92，96和多个单独地加长极段或者极指（pole segments or fingers）100，104。每个所述极片44和48的极指围绕各自的毂部分92，96沿周向并且间隔有空隙地设置在各自的毂部分92，96上。每个所述极片44和48的极指100，104沿着远离各自的毂部分且朝向另一极片的毂部分92，96轴向地延伸。进一步，如图2所示，每个极片44，48的极指100，104围绕各自的毂部分92，96的边缘均匀地隔开，并且，如图2所示，通过将所述转子56设置为装配在所述轴28上，每个极片44，48的极指100，104与另一极片的极指以非接触且间隔的关系交错设置。因此，空气间隙或者通道形成在邻近的极指100，104之间并且围绕所述转子56的周向分布。
参考图3，所述转子56的励磁线圈88缠绕在电绝缘筒112上，且所述线圈88和电绝缘筒112夹在极片的毂部分92，96的一对相反的、沿轴向向内相对的表面116，120之间。如图1所示，极片44，48可以具有轴向延伸部121，所述励磁线圈88和其电绝缘筒112设置在所述轴向延伸部121上，或者，如图3所示，所述励磁线圈88和其电绝缘筒112可能设置在圆柱形 转子铁芯部件122上，该圆柱形转子铁芯部件122围绕所述中心轴线60布置且位于所述极片44,48之间。再次参考图1，直流励磁电流通过一对集电环124和关联的接触电刷128施加于励磁绕组88上。所述集电环124固定在所述轴28上，且通过所述接触电刷128配合操作所述励磁绕组88以形成规律化的直流电源。称作稳压器的控制系统（未示出）用于施加适当水平的电压于所述励磁绕组88。
所述极片44，48和通电的励磁绕组88产生交变极性磁场，该交变极性磁场随所述转子56绕中心轴线60旋转。虽然直流励磁电流施加到了所述励磁绕组88上，但是交错的极指100，104的间隔产生了交变极性的磁通链（alternating polarity magnetic flux linkage）。该磁通链提供给围绕所述转子56的静止的定子52的所述绕组导体76。由所述转子56提供的所述交变极性的磁通链穿过所述定子绕组导体76a，76b，76c的运动以一种熟知的方式产生三相交流电功率。
一般地，如图1所示，通过交流发电机20输出的交流电被施加到整流器132上，所述整流器132可能位于所述壳体24的后侧。所述交流发电机还可以包括过滤器和功率调节装置，通过所述功率调节装置输出的电能在被作为直流电传导至汽车电池（未示出）或电动分配总线（electric distributionbus）（也未示出）的正极端子之前被直流化（directed）。从所述交流发电机20中输出的交流电的期望均方根值取决于通过稳压器施加到励磁绕组88上的直流电压的水平。另外，前空气循环风扇136和后空气循环风扇140在所述极片44，48的外侧沿轴线相对地设置。风扇136，140连接于转子56并且随转子56一致地旋转。通过所述风扇136，140，冷空气一般沿轴向吸入所述壳体24内，且沿径向排出至所述壳体24外。后风扇140通常使冷空气气流直接穿过整流器132和所述交流发电机的其他电子组件。如果提供空气气流路径，所述风扇136，140也可以使得一些冷空气气流围绕所述极指100， 104和励磁绕组88流动。
所述转子56相对于所述定子52的旋转方向以及因此转子极指100，104相对于定子齿84的运动方向通过箭头144示出。一旦向励磁绕组88施加规律的直流电，转子56被磁化，相邻的极指100,104在磁性北极（N）和磁性南极（S）之间沿周向交替。换句话说，所有的极指100都具有N磁极且所有的极指104都具有S磁极。因此，可以认为当所述转子56旋转时，所述极指100，104的交替磁极围绕转子52连续通过，从而在定子绕组68中形成输出电流。本领域普通技术人员可以理解的是，前侧和后侧的极片44，48的各自的N磁极和S磁极是根据通过励磁绕组88的直流电流的方向的选择而决定的。
图5A-图5H示出了一个现有的爪极片44或48的例子，每个爪极片44或48包括多个极指或极段100，104，每个极指或极段100，104具有基部或近端148，所述基部或近端148在空隙108之间的位置连接于各自的极片的毂部分92，96。如同3所示，每个极指100,104还具有与各自的基部相反的尖端或远端152，并且其中一个爪极片44，48的极指100，104的尖端152靠近另一个爪极片44，48的极指100，104的基部148。
每个极指100，104还具有前缘156以及相对的后缘160，每个前缘156以及相对的后缘160在所述极指的所述基部148与所述尖端152之间延伸。根据极指相对于定子铁芯齿84的运动的方向，正如箭头144所指的一样，将边缘156，160指定为前或后。前极片44的每个极指100的前缘156和后缘160分别限定了前缘侧表面164和后缘侧表面168；后极片48的每个极指104的前缘156和后缘160分别限定了前缘侧表面172和后缘侧表面176。
每个极指100还限定了径向外表面180和径向内表面184，该径向外表面180和径向内表面184中的每一个在与其相对的前缘侧表面164和后缘侧表面168之间沿周向延伸。每个极指104也限定了径向外表面188和径向内 表面192，每个极指104在与其相对的前缘侧表面172和后缘侧表面176之间沿周向延伸。如图2和图5A所示，每个径向外表面180，188沿着各自的表面线196（大体上平行于中心轴60）延伸，以使得可以通过设置多个所述表面线196来限定出圆柱状物体。因此，多个交替的极指100，104的径向外表面180，188限定所述转子56的大体上圆柱形状的外周面。
关于图1-图8以及图10中的各个极指100,104，被描述为具有大体上呈锥形状的结构，各自的径向内表面184，192在它的基部或者近端148附近靠近所述中心轴60，并且在它的尖端或远端152附近远离所述中心轴60，如图所示，所述锥形状的结构可以是平的。因此，每个锥形的极指100,104，在它的径向外表面180，188和径向内表面184，192之间，在它的近端或基部148一侧比在它的远端或尖端152一侧，相对于所述轴60沿径向更厚。另外，当沿径向观察时，随着所述极指沿远离各自的毂部分92,96的方向延伸，每个锥形的极指100,104逐渐缩小，并且，因此每个锥形的极指100,104的位于其前缘156和后缘160之间的部分在它的近端148一侧较宽而在它的远端152一侧较窄。因此，可以理解，沿着相对于所述轴线60的径向方向和沿着一个垂直于同时包含各自的表面线196和中心轴线60的一假想平面的方向观察，每个极指100,104都大体呈V型。换句话说，对于每个大致锥形的极指100，104，如果在它的基部148被一个垂直于中心轴线60的假想平面横切并且平滑其尖端，则所述锥形极指100,104大体上是六面体。
而且，从图1-图8的各个视图可以清晰地理解，在垂直于所述轴线60的假想平面中，在各个锥形状极指100，104的沿轴向的不同距离处（就是说，在大致平行于中心轴线60的方向的各个轴向位置处），对于每个极指，在其前缘156和后缘160之间，该极指在它的径向外表面180，188和径向内表面184，192之间的厚度大体上一致。另外，如果不是径向内、外表面180,188,184和192对应于转子56的圆柱体形状而关于中心轴线60呈现出稍 微弯曲（径向外表面180,188凸出，径向内表面184,192凹陷），，这些表面180,188,184和192在它们各自的极指的前缘156和后缘160之间大体上是平的。
现有的一些机器20的极指100，104并不是像上述讨论的一样呈锥形状，而是具有不同的几何形状。例如，参考图9，当相对于所述中心轴线60径向观察时，所述极片44，48可以改为限定大体上呈矩形状的极指或者极段100，104。正如上述描述的大体上呈锥形状的极段的例子，图9所示的现有的爪极片44或48的极指或极段100，104具有：基部或者近端148，该基部或者近端148在空隙108之间的位置连接于各自的极片毂部分92，96；尖端或者远端152，该尖端或者远端152与其各自的基部148相对，一个极片44,48的极指的尖端位于另一个极片44,48的极指的基部148的附近；前缘156；以及相反的后缘160，所述前缘与后缘156,160在所述极指的基部148与尖端152之间延伸。每个极指100的大体上平行的前缘和后缘156,160限定了所述前缘侧表面164和后缘侧表面168，而每个极指104的所述前缘和后缘156,160分别限定了所述前缘侧表面172和后缘侧表面176。如上所述，作为边缘156,160的名称的前或后是相对于极指的方向而言的，而极指的方向是相对于所述定子铁芯的齿84而言的，正如箭头144所指的一样。
然而，不同于上述的锥形形状的极，图9的实施例中的前缘和后缘156，160大体上彼此平行，且平行于所述中心轴线60。在这里，所描述的极指的尖端或者远端152是平坦的，如果通过一个垂直于所述中心轴线的方向的假想平面截取，每个极指100,104可能大体上呈六面体形状。在图9的实施例中，每个极指100，104分别限定了径向外表面180，188和径向内表面184，192（图9未示出）。正如大体呈锥形形状的极指一样，每个呈长方形形状的径向外表面180，188均沿着各自的表面线196，所述表面线196大体上平行于所述中心轴线60，这样，多个表面线196的设置限定了圆柱形转子的形状。 相对于每个极指100，104，其各自的径向外表面180，188在前缘156和后缘160之间沿周向相对延伸大致相同的距离；类似地，其各自的径向内表面184，192在前缘156和后缘160之间沿周向相对延伸大致相同的距离。因此，如上所述，当从径向观察时，每个极指100，104大体上呈矩形形状。
此外，图9中的极指100,104实际上是各自设置成长方体形状或立方体形状，其中，沿垂直于各自的表面线196和中心轴线60所在的假想平面的方向观察，沿着其轴线方向，也就是大体上平行于表面线196的方向，每个极指在其径向外表面180,188和内表面184,192之间的厚度大体上是相同的。这样，在垂直于所述中心轴线60的切线方向上观察，每个极指100,104大体上呈长方体形状。此外，要不是表面180，188，184，192呈对应于所述转子56的圆柱状围绕中心轴线60轻微弯曲（在径向外表面180,188形成凸面，在径向内表面184,192形成凹面），大体上呈立方体形状的极指100,104的表面180,188,184,192在极指100,104各自的前缘与后缘156,160之间是平的。此外，大体上呈立方体形状的极指100,104的相对的径向外表面180,188和径向内表面184,192大体上是平行的。换句话说，在与中心轴线60垂直的假想平面上，沿着每个锥形极指100，104轴线方向的不同距离（也就是在平行于表面线196的方向上的距离），在极指径向外表面180,188和径向内表面184,192之间的每个极指的厚度大体上是一样的。目前已有的电机（包括极指或具有相互平行的前缘与后缘的极段）和机器中心轴线的发明也已经在美国的专利号为7,973,444的名称为电机和及用于电机转子的专利公布了，并且也授权给该申请专利的代理人。
如上所述，不管极指100,104是锥形形状还是立方体形状，在现有的旋转电机（比如说交流发电机20）中，在极指沿轴线方向的不同位置，也就是平行于表面线196的方向上，极指径向内表面184,192是平的或者在他们各自的前缘和后缘156,160之间围绕中心轴线60具有非常小的的凹曲度。通过 比较图5F-图5H，以及图7B-图7E，比起在极指的基部或近端148，所述径向内表面184,192的曲率在极指的尖端附近或远端152更为明显。
众所周知，旋转电机（如交流发电机）的转子采用的是永久磁体。在目前已有的一些发电机中，高磁感强度的永久磁体200设置于相邻的爪式极指100,104之间以补充由励磁线圈88产生的磁场。这个磁体200在图6-图9中都有显示。各种永久磁体材料中的任意一种都有可能被应用到永久磁体200，比如铷铁硼、钐钴或者铁素体。利用励磁线圈和耦合了定子线圈的永磁通量的交流发电机被称为混合式交流发电机。如图10所示，在混合式交流发电机20中，永久磁体200保持永久磁体的磁通穿过通道204，否则在爪式极指100,104之间会形成空气间隙，这在交流发电机中是连接于设置在通道204中并由转子56运转的永久磁体200以及定子结构52的一部分，从而通过定子结构耦合成明显的磁通链。磁通量路径208在图10中以虚线部分显示。当励磁线圈88不通电时，由永久磁体200产生的通过定子56的磁感是不通的。然而，当励磁线圈88通电时，由永久磁体200产生的磁感更有助于电磁产生的磁通链在定/转子间隙212形成励磁电磁。依赖于所述混合式发电机20的期望输出值，当所述直流电产生的所述电磁通沿一个方向通过所述励磁线圈88时，所述永久磁体200穿过所述径向定/转子间隙212的磁通的效果可能增强或提高；当所述直流电产生的电磁通以相反方向通过励磁线圈88时，所述永久磁体穿过径向定/转子间隙的磁通的效果可能会减弱，或抵消。交流发电机的降压/升压控制电路是为本领域技术人员熟知的且可能设计多样，其中一种被上述美国专利（专利号为7973444）公开。
上文所说的通道204可以被定向为；通常，这个方向和永久磁体200的形状类似。因此，永久磁体200通常是由6个基本平滑的面组成的面棱体。面棱体形状的永久磁体200在各自的有前缘侧表面和后缘侧表面164,168,172,176形成基本上对称的接触表面。面棱体形状的永久磁体200这里作为 一个典型的形状说明，永久磁体的其他形状对熟练的技术工人来说是显而易见的。正如此显示的，每个永久磁体200都有一对沿周向相反的极性面216，所述极性面216包括极性面216N和216S且分别对应于N和磁极。所述永久磁体的磁极是交替的，因此相邻磁体的极性是相反的。因此，可以理解为，爪式极指100与永久磁体的磁极216N相连并有第一个极性（也就是N极），爪式极指104与永久磁体的磁极216S相连并有第一个极性（也就是S极）。磁体200的磁极216N,216S紧邻各自的在爪式极指100和104上的前缘侧表面和后缘侧表面164,168,172,176。如上所述，所有爪式极指100具有N磁极，所有爪式极指104具有S磁极。所有永磁体磁极216N和每个N极指100的侧表面164,168相邻。同样地，所有永磁体磁极216S和每个S极指104的侧表面172,176相邻。上述安排对本领域的技术人员来说一般是众所周知的。
通常，当永久磁体200在交流电动机20的爪式极指100,104之间加强提高机器的性能时，间隙通道204被形成或者适用于在相反极指前缘侧表面和后缘侧表面164,168,172,176之间提供不变的宽度以包含所述磁体。然而，用于现有技术的混合电机的爪极片44,48的形状并没有最大限度地优化永久磁体200的使用。相反地，这种混合电机的极片设计，特别是它们的极段或极指100,104的设计是从传统的，非永磁爪极转子设计演变而来的，它已经发展到极大限度地提高机器的性能，在没有附加永久磁体到爪极转子上的情况下。只要坚持这样的实践不会充分利用附加磁爪极转子的优势。
配置有最大限度的发挥永久磁体转子的优势的旋转电机将会在本技术领域提供理想的改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转电机和转子。本发明传授一种极片结 构，当使用永久磁体时，通过改变极片的几何形状，能够最大限度地增大它的爪式极段的性能。靠近尖端区域的极指的径向内表面的形状设置成大致凹形，这最大限度的减少从第一极指或者极段的尖端或者远端到沿周向的邻近的第二极指或极段的基部或者近端的磁漏，在从第一极指或者极段的尖端或者远端到沿周向的邻近的第二极指或极段的基部或者近端处，第一极段的尖端与第二极段的基部重叠。然而，沿着位于第一极指与第二极指之间的永久磁体的侧部，第一极指或极段可能也具有其充分的径向厚度或者深度，这有助于磁体的磁通量的充分利用。
永久磁体抵靠于的极指的一侧于极指的整个轴向长度上基本平整而且具有恒定的径向深度或者厚度。尽管改善的极指的几何形状的具体实施方式显示为具有包括大致方形的轴向横切面的立方体状外表，可以理解的是，本发明公开的技术启示同样可以应用到传统的、大致锥形形状的交流发电机爪式极段或者极指。本发明公开的技术同样适用于刷式交流发电机或者无刷交流发电机。
这种几何形状的优势是：对于给定的转子的磁性激活轴向长度，其允许转子中使用更长的永久磁体。与现有的交流发电机相比，对于给定的转子轴向堆叠长度和/或给定的定子轴向堆叠长度，通过在定子与转子之间产生更高水平的磁通链，本发明能够大大的提高电机的性能。第二，凭借极指的弯曲的径向内表面，形成自然空气路径，其允许轴向空气流通过转子组件以提高冷却效果。
根据本发明的极指的几何形状通过使用三维有限元分析（threedimensional Finite Element Analysis）(3D FEA)分析磁场模型和漫长的设计过程而获得。真实交流发电机原型的性能测量数据表明，输出电流水平是传统爪极交流发电机的两倍，这就相比现有技术有了很大的改善。
本发明提供一种用于旋转电机的转子，第一极片和第二极片，所述第一 极片和所述第二极片分别具有各自的磁性的毂部分，该毂部分用于绕轴线旋转，所述第一极片的毂部分和所述第二极片的毂部分沿所述轴线隔开。所述转子还包括多个磁性的第一极指和多个磁性的第二极指，所述多个磁性的第一极指和所述多个磁性的第二极指彼此间隔且在所述第一极片的毂部分与所述第二极片的毂部分之间延伸，每个极指具有近端和沿轴向相反的远端，所述第一极指和所述第二极指的所述近端分别对应连接于所述第一极片的毂部分与所述第二极片的毂部分中的一者，所述第一极指和所述第二极指围绕所述轴线沿周向交替布置，每个极指具有各自的径向内表面，该径向内表面限定了从所述远端到腔末端沿轴向延伸的腔。对于每个极指，在位于所述远端和所述腔末端之间的各个轴向位置处，在所述腔内侧的所述轴线与所述径向内表面之间的径向距离大体上大于在所述腔外侧的所述轴线与所述径向内表面之间的径向距离。
根据所述转子的另一个方面，对于每个极指，所述腔末端位于所述近端与所述远端之间。
根据所述转子的又一个方面，对于每个极指，在所述腔内侧的所述轴线与所述径向内表面之间的径向距离在所述远端和所述腔末端之间的第一轴向位置处大于在所述第一轴向位置和所述腔末端之间的第二轴向位置处。
根据所述转子的又一个方面，每个极指具有沿周向相对的前缘和后缘，且各个所述腔位于所述前缘和后缘之间。
根据所述转子的又一个方面，对于每个极指，所述腔具有沿垂直于所述轴线的方向变化的宽度，所述远端和所述腔末端之间的第一轴向位置处的所述宽度大于位于所述第一轴向位置和所述腔末端之间的第二轴向位置处的所述宽度。
根据所述转子的又一个方面，对于每个极指，在垂直于所述轴线的假想平面中，所述腔大体呈三角形状。
根据所述转子的又一个方面，对于每个极指，在平行于所述轴线的假想平面中，所述腔大体呈三角形状。
根据所述转子的又一个方面，每个极指的所述腔末端限定腔顶点。
根据所述转子的又一个方面，对于每个极指，在各自的腔末端和远端，在所述腔外侧的位置上所述径向内表面距离所述轴线的径向距离相等。
根据所述转子的又一个方面，每个极指限定有径向外表面，各个所述极指具有位于所述径向内表面与所述径向外表面之间的径向厚度，该径向厚度在所述腔外侧的第一位置处比在所述腔内侧的第二位置处大。
根据所述转子的再一个方面，每个极指具有沿周向相对的前缘和后缘，且所述第一位置沿周向位于各个所述极指的所述腔与所述前缘和后缘中的一者之间。
根据所述转子的再一个方面，所述第一位置位于各个所述极指的所述近端与所述腔末端之间。
根据所述转子的又一个方面，每个极指具有沿周向相对的前缘和后缘，各自的所述径向内表面在所述前缘和后缘之间沿周向延伸，且所述前缘和后缘大体上平行于所述轴线。
根据所述转子的又一个方面，对于磁性，所述第一极指为N极指且所述第二极指为S极指，且进一步包括至少一个磁体，该磁体设置在沿周向相邻的一对N极指与S极指之间，所述磁体具有相对的N极面和S极面，所述磁体的N极面接合所述N极指，所述磁体的S极面接合所述S极指。
根据所述转子的又一个方面，每个极指具有沿周向相对的前缘侧表面与后缘侧表面且各自的所述径向内表面在所述前缘侧表面与后缘侧表面之间沿周向延伸。进一步包括至少一个磁体，该磁体设置在沿周向相邻的一对第一极指和第二极指的接合的前缘侧表面和后缘侧表面之间，并且该磁体具有磁性相反的极侧面，每个磁性相反的极侧面邻接所述极指的前缘侧表面和后 缘侧表面中的一者，所述前缘侧表面和后缘侧表面大体上沿各自的极指的位于近端和远端之间的整个长度延伸。
根据所述转子的又一个方面，该转子进一步包括励磁线圈，该励磁线圈围绕所述轴线设置且位于所述第一极片的毂部分和第二极片的毂部分之间，所述第一极片的毂部分和第二极片的毂部分的N磁极和S磁极的指定通过选定流过所述励磁线圈的电流方向可选择地确定。
本发明还提供一种旋转电机，该旋转电机包括：前述的转子；围绕所述转子的定子；以及连接于所述定子的壳体，所述转子通过所述壳体支撑以能够相对于所述定子旋转。
本发明还提供一种用于旋转电机的转子，所述转子包括：一对有磁性的第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片分别具有各自的毂部分，所述第一极片的毂部分和所述第二极片的毂部分沿轴线间隔设置且分别具有多个第一极指和多个第二极指，该多个第一极指和多个第二极指中的每一个彼此间隔，且围绕所述轴线分布以限定出大致圆柱形的转子外表面，每个极指具有基部，该基部连接于各自的第一极片的毂部分或第二极片的毂部分上，且朝向另一个极片的毂部分延伸，所述多个第一极指和多个第二极指中的一者的每个极指终止于尖端，该尖端定位为与包括所述多个第一极指和多个第二极指中的另一者的一对极指的基部接近。每个极指的尖端具有径向向内开放的腔，该腔具有沿轴向向内方向从所述尖端朝向各个极指的基部延伸到所述腔末端的长度，该腔具有沿大体上垂直于所述轴线的方向在各个极指的相对的边缘之间延伸的宽度尺寸、以及大体上沿径向延伸至各个极指中的深度尺寸，所述腔的宽度尺寸和深度尺寸中的至少一者在轴向向内方向上沿着所述腔的长度减小。
根据所述转子的另一方面，对于磁性，所述第一极指具有磁性地是N极指且所述第二极指具有磁性地是S极指，且进一步包括至少一个磁体，该磁 体设置在沿周向相邻的一对N极指与S极指之间，该磁体具有相对的N极面和S极面，所述磁体的N极面接合所述N极指，所述磁体的S极面接合所述S极指。
本发明还提供一种旋转电机，该旋转电机包括：上述的转子；围绕所述转子的定子；以及连接于所述定子的壳体，所述转子通过所述壳体支撑以能够相对于所述定子旋转。
附图说明
当配合相应的附图考虑时，本发明的各个对象、特征和伴随的优势将会变的更好理解。值得注意的是所述附图没有必要按照比例或者相同比例绘制；尤其是，所述附图的一些部件的比例可能放大以便强调该部件的特征。而且，几个附图中相似的附图标记用于表明相同、相似或相应的部件，其中：
图1是现有交流电机总成的剖视图，本发明的技术方案适用于该交流电机总成；
图2是现有交流电机的定子和转子的正视立体局部剖视图，本发明的技术方案适用于该交流电机的定子和转子；
图3是现有交流电机的转子沿图4的线3-3的剖视图；
图4是现有交流电机转子的局部主视图；
图5A是现有的具有锥形形状的极指的极片的透视图；
图5B是图5A的极片的轴向端面视图；
图5C是与图5B的极片的相对的轴向端面图；
图5D是图5C的极片的侧视图；
图5E是图5C的极片沿线5E-5E的剖视图；
图5F是图5D的极片的极指沿线5F-5F的剖视图；
图5G是图5D的极片的极指沿线5G-5G的剖视图；
图5H是图5D的极片的极指沿线5H-5H的剖视图；
图6是现有交流电机转子的局部分解图，该转子具有大体上呈锥形的极指和可选择的永久磁体；
图7A是现有的具有永久磁体的交流电机的转子沿图8的线7A-7A的剖视图；
图7B是图7A的转子沿线7B-7B的轴向端面图，图中示出了极指的尖端。
图7C是图7A的转子沿线7C-7C的剖视图，图中示出了极指的轴向截面；
图7D是图7A的转子沿线7D-7D的剖视图，图中示出了极指和永久磁体的轴向截面；
图7E是图7A的转子沿线7E-7E的剖视图，图中示出了极指和永久磁体的轴向截面；
图8是现有的具有永久磁体的交流电机转子的局部主视图；
图9是现有转子的局部的爆炸图，该转子具有大体上呈长方体状的极指和可选择的永久磁体；
图10是现有的具有永久磁体的转子和定子铁芯（他们的励磁线圈和定子绕组已拆除）的局部放大图，图中示出了磁通量路径；
图11是根据本发明的转子的实施方式的局部剖视分解图；
图12是根据本发明的交流电机的转子沿图13的线12-12的剖视图；
图13是根据本发明的交流电机的转子的局部主视图；
图14A是根据本发明的交流电机沿图15的线14A-14A的剖视图；
图14B是图14A中的转子沿线14B-14B的局部剖视图，图中示出了极指和永久磁体的轴向端面图；
图14C是图14A中的转子沿线14C-14C的局部的剖视图，图中示出了 极指和磁体的轴向截面；
图14D是图14A中的转子沿线14D-14D的局部的剖视图，图中示出了极指和磁体的轴向截面；
图15是根据本发明的交流电机的转子的局部主视图；
图16是根据本发明的极指的尖端和永久磁体的实施方式的局部放大图；
图17是根据现有技术中的交流电机的转子和定子的剖视图，用于与图18相比较；
图18是根据本发明的交流电机的转子和定子的剖视图，用于与图17相比较；以及
图19是表明本发明的混合式交流发电机的与现有的非混合式交流发电机相比性能提高的曲线图。
对应的标记与所有图形的相应的部件对应。虽然附图代表公开装置的实施方式，但是附图没有必要按照规定比例或者同一比例绘制，且确定的特征可能会放大以为了更好表达和解释本发明。而且，为了清晰，附图示出的截面图、各个局部图的交叉阴影线可能省略。可以理解，这种阴影线的省略是只是出于清楚、理解的目的。
具体实施方式
本发明能够容易地进行各种修改和替代形式，且其具体的实施方式在这里通过附图以实施例的方式详细描述。本发明选择且描述了典型实施方式以使得其他领域技术人员能够领会和理解本发明的原理和实践。然而，可以理解的是，附图和详细说明并不是用于限制本发明以特定的形式的公开，而是相反地，本发明旨在包括如权利要求所限定的本发明的精神与保护范围内的所有的修改、等同以及替代形式。
在根据本发明的下面将通过附图提到旋转电机或者转子中，与上面描述 的现有技术中结构要素相对应的结构要素采用相似的附图标记表示。因此，例如，根据本发明进行改进后的上述描述的实施方式中的旋转电机20和转子56标记为旋转电机20'和转子56'。相对于上述现有技术中的基本没有变化的机器20'的相对应的结构分别采用普通数字标记。尽管机器20和20'的磁通量路径不同，但是磁通量路径是无结构的，且通常通过参考标记208表示。
图11示出根据本发明的转子56'。除了转子56'的极指100'，104'的配置和永久磁体200'的轴向长度之外，转子56'的将被描述的实施方式基本上类似于现有技术中的具有大体上呈立方体状的极指100，104和棱镜状的磁体200的转子56。
如上所述，在现有技术中的旋转电机20中，不管其极指100，104是否大体上呈锥形状或者立方体状，所述极指径向内表面184，192大体上是平的或者在其各自的前缘和后缘156，160之间相对于中心轴线60只有一个很小的凹曲度。这个表面凹曲度在靠近所述极指的基部或者近端148处比靠近所述极指的尖端或者远端152处更加明显，正如通过比较图5F-图5H以及图7B-图7E所揭示的一样。在具有永久磁体200的转子56和无永久磁体200的转子56之间，所述极指的径向内表面184,192的特点是相同。如上所述，对于不包括永久磁体200的转子56，现有的极指100,104的结构在一定程度上可能是优化的，而当转子包括磁体时，所述极指的结构基本上没有改变。换句话说，尽管在现有的转子56上增加磁体能提高所述机器20（例如，混合式交流发电机）的性能，现有的机器的极段或者极指100,104基本上没有改变，永久磁体200设置在所述极段或者极指100,104之间。
本发明中具有极片44',48'，该极片44',48'具有改进的极指结构，当使用永久磁体200'时，该极指结构能够最大限度地提高转子56'和电机20'的性能。如图12-图16更好地显示，电机20'的转子56'包括大体上相同的极片44',48'。 极片44',48'的极段或极指（pole segments or fingers）100',104'在形状上大体上不同于现有的极片44,48的极指100,104。特别是，极指100',104'的径向内表面184',192'的结构与现有的极指100,104的径向内表面184,192的结构就有显著不同。图14B-图14D与图5F-图5H和/或图7B-图7E的对照就能最好地说明这种不同，根据本发明，所述极指100',104'大体上呈立方体形状，而根据现有技术，其描述的极指100,104则呈锥形形状。可以理解的是，本发明的技术启示适用于不限制于所述形状的具有其他形状的极指100',104'，例如大体上呈锥形形状的极指。比较后表明，根据本发明，接近极指尖端或远端152'的每个极指100',104'的径向内表面184',192'设置有明显的凹面，在转子56'的第一极段的尖端152'与第二极段的基部148'重叠的区域中，这最大限度地减少了从第一极指或第一极段100'或104'的尖端或者远端152'到沿周向接近第二极指或第二极段100'，104'的基部或近端148'的磁漏。现有的极指100,104的径向内表面基本上是平坦的表面，带有一些小凹形，这些小凹形很微小并且仅仅与所述转子56的直径对应。相对地，径向内表面184',192'具有的沿径向内开设的腔220限定的所有凹面是相当大的。如图示，所述腔220通过极指100',104'的远端152'形成的三角的锥形空隙而限定；这个三角空隙的底部可以理解为位于极指尖端152'的位置，而极指的顶部（也就是腔220的终端）可以理解为位于沿轴向介于极指的近端和远端148',152'之间的位置224处，如图12，图14A以及图16明确显示。
此外，沿着前缘和后缘156,160，在径向外表面180,188和径向内表面184',192'之间，每个极指或极段100',104'也可能有充分的径向厚度和深度，这样，各个磁体200'的每个圆周面216可与对应的前缘面或者后缘面164',168',172',176'邻接。每个磁极面216N，216S和其相应的相配合的前缘和后缘面164',168',172',176'的相互接合的能力促进了产生的磁通量的充分利用。很明显，前缘面或后缘面164',168',172',176'基本上是平的，并且对于 极指100',104'的整个轴向长度（也就是与表面线196平行方向上的整个长度）有恒定的径向深度和厚度。尽管改进的极指的几何形状的典型实施例是作为具有立方体形状的外表而显示的，该立方体形状的外表具有轴向正方形截面，可以理解为，本发明的技术同样适用于平常的锥形形状的发电机的爪式极段或爪式极指。本发明的技术也同样适用于带电刷或无电刷式的交流发电机。
参考图17和图18，和现有的机器20相比，在机器20'中的极指的几何形状的有益效果是：对于转子56，56'的给定的磁性活动轴向长度（magnetically active axial length）(L1=L1)，允许在转子56'中使用更长的永久磁体200'(L3>>L2)，这就使得允许更大的定子堆片（stator lamina stack）轴向长度(L5>L4)。这样，与机器20相比，对于给定的转子轴向堆叠（stack）长度和/或给定的定子堆片（laminae stack）轴向长度(L4=L5)，在机器20'中，通过在定子52'与转子56'之间产生更高水平的磁通链，而大大提高了电机20'的性能。
相比机器20，在机器20'中的极指的几何形状提供的第二个有益效果是：基于在极指100',104'的径向内表面184',192'上的槽220的优点，形成自然空气路径，其允许相对较大的轴向空气气流通过转子组件56'（rotor assembly）以相对地提高冷却效果。
如上所述，根据本发明的所述极指的几何形状通过使用三维有限元分析分析磁场模型和漫长的设计过程而获得，且根据本发明的真实交流发电机原型（alternator prototypes）的已经测量其输出电流水平为具有可比尺寸且无磁体的传统的爪极交流发电机的200%。这种性能的改善在图19中通过显示交流发电机在25℃下操作时加以说明。在图19中，曲线228代表原型混合动力发电机20'（prototype hybrid alternator）的性能，根据本发明该原型混合动力发电机20'具有大体上呈立方体状的爪式极指；且曲线232代表生产非 混合动力发电机20（production non-hybrid alternator）（无转子永久磁体）的性能，根据现有技术该生产非混合动力发电机20具有大体上呈锥形形状的爪式极指。
以下是根据本发明所列的优选实施方式：
1、一种用于旋转电机的转子，所述转子包括：
第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片分别具有各自的磁性的毂部分，该毂部分用于绕轴线旋转，所述第一极片的毂部分和所述第二极片的毂部分沿所述轴线隔开；
多个磁性的第一极指和多个磁性的第二极指，所述多个磁性的第一极指和所述多个磁性的第二极指彼此间隔且在所述第一极片的毂部分与所述第二极片的毂部分之间延伸，每个极指具有近端和沿轴向相反的远端，所述第一极指和所述第二极指的所述近端分别连接于各自的所述第一极片的毂部分与所述第二极片的毂部分中的一者，所述第一极指和所述第二极指围绕所述轴线沿周向交替布置，每个极指具有各自的径向内表面，该径向内表面限定了从所述远端到腔末端沿轴向延伸的腔；以及
对于每个极指，在位于所述远端和所述腔末端之间的各个轴向位置处，在所述腔内侧的所述轴线与所述径向内表面之间的径向距离大体上大于在所述腔外侧的所述轴线与所述径向内表面之间的径向距离。
2、根据优选实施方式1所述的转子，其中，对于每个极指，所述腔末端位于所述近端与所述远端之间。
3、根据优选实施方式1或2所述的转子，其中，对于每个极指，在所述腔内侧的所述轴线与所述径向内表面之间的径向距离在所述远端和所述腔末端之间的第一轴向位置处大于在所述第一轴向位置和所述腔末端之间的第二轴向位置处。
4、根据前述任意一项优选实施方式所述的转子，其中，每个极指具有 沿周向相对的前缘和后缘，且各个所述腔位于所述前缘和后缘之间。
5、根据前述任意一项优选实施方式所述的转子，其中，对于每个极指，所述腔具有沿垂直于所述轴线的方向变化的宽度，所述远端和所述腔末端之间的第一轴向位置处的所述宽度大于位于所述第一轴向位置和所述腔末端之间的第二轴向位置处的所述宽度。
6、根据前述任意一项优选实施方式所述的转子，其中，对于每个极指，在垂直于所述轴线的假想平面中，所述腔大体呈三角形状。
7、根据前述任意一项优选实施方式所述的转子，其中，对于每个极指，在平行于所述轴线的假想平面中，所述腔大体呈三角形状。
8、根据前述任意一项优选实施方式所述的转子，其中，每个极指的所述腔末端限定腔顶点。
9、根据前述任意一项优选实施方式所述的转子，其中，对于每个极指，在各自的腔末端和远端，在所述腔外侧的位置上所述径向内表面距离所述轴线的径向距离相等。
10、根据优选实施方式1-3中任意一项所述的转子，其中，每个极指限定有径向外表面，各个所述极指具有位于所述径向内表面与所述径向外表面之间的径向厚度，该径向厚度在所述腔外侧的第一位置处比在所述腔内侧的第二位置处更大。
11、根据优选实施方式10所述的转子，其中，每个极指具有沿周向相对的前缘和后缘，且所述第一位置沿周向位于各个所述极指的所述腔与所述前缘和后缘中的一者之间。
12、根据优选实施方式10或11所述的转子，其中，所述第一位置位于各个所述极指的所述近端与所述腔末端之间。
13、根据优选实施方式1-3中任意一项所述的转子，其中，每个极指具有沿周向相对的前缘和后缘，各自的所述径向内表面在所述前缘和后缘之间 沿周向延伸，且所述前缘和后缘大体上平行于所述轴线。
14、根据前述任意一项优选实施方式所述的转子，其中，对于磁性，所述第一极指为N极指且所述第二极指为S极指，且进一步包括至少一个磁体，所述磁体设置在沿周向相邻的一对N极指与S极指之间，该磁体具有相对的N极面和S极面，所述磁体的N极面接合所述N极指，所述磁体的S极面接合所述S极指。
15、根据前述任意一项优选实施方式所述的转子，其中，每个极指具有沿周向相对的前缘侧表面与后缘侧表面且各自的所述径向内表面在所述前缘侧表面与后缘侧表面之间沿周向延伸；以及
进一步包括至少一个磁体，所述磁体设置在沿周向相邻的一对第一极指和第二极指的接合的前缘侧表面和后缘侧表面之间，并且该磁体具有磁性相反的极侧面，每个磁性相反的极侧面邻接所述极指的前缘侧表面和后缘侧表面中的一者，所述前缘侧表面和后缘侧表面大体上沿各自的极指的位于近端和远端之间的整个长度延伸。
16、根据前述任意一项优选实施方式所述的转子，其中，该转子进一步包括励磁线圈，该励磁线圈围绕所述轴线设置且位于所述第一极片的毂部分和第二极片的毂部分之间，所述第一极片的毂部分和第二极片的毂部分的N磁极和S磁极的指定通过选定流过所述励磁线圈的电流方向可选择地确定。
17、一种旋转电机，该旋转电机包括：
前述任意一项优选实施方式所述的转子；
围绕所述转子的定子；以及
连接于所述定子的壳体，所述转子通过所述壳体支撑以能够相对于所述定子旋转。
18、一种用于旋转电机的转子，所述转子包括：
一对有磁性的第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片分别 具有各自的毂部分，所述第一极片的毂部分和所述第二极片的毂部分沿轴线间隔设置且分别具有多个第一极指和多个第二极指，该多个第一极指和多个第二极指中的每一个相对于彼此间隔，且围绕所述轴线分布以限定出大致圆柱形的转子外表面，每个极指具有基部，该基部连接于各自的第一极片的毂部分或第二极片的毂部分上，且朝向另一个极片的毂部分延伸，所述多个第一极指和多个第二极指中的一者的每个极指终止于尖端，该尖端定位为与包括所述多个第一极指和多个第二极指中的另一者的一对极指的基部接近，
其中，每个极指的尖端具有径向向内开放的腔，该腔具有沿轴向向内方向从所述尖端朝向各个极指的基部延伸到所述腔末端的长度，该腔具有沿大体上垂直于所述轴线的方向在各个极指的相对的边缘之间延伸的宽度尺寸、以及大体上沿径向延伸至各个极指中的深度尺寸，所述腔的宽度尺寸和深度尺寸中的至少一者在轴向向内方向上沿着所述腔的长度减小。
19、根据优选实施方式18所述的转子，其中，对于磁性，所述第一极指为N极指且所述第二极指为S极指，且进一步包括至少一个磁体，该磁体设置在沿周向相邻的一对N极指与S极指之间，该磁体具有相对的N极面和S极面，所述磁体的N极面接合所述N极指，所述磁体的S极面接合所述S极指。
20、一种旋转电机，该旋转电机包括：
根据优选实施方式18或者19所述的转子；
围绕所述转子的定子；以及
连接于所述定子的壳体，所述转子通过所述壳体支撑以能够相对于所述定子旋转。
虽然示例性的实施方式已经在上文予以公开，但是本发明并不限于公开的实施方式。相反，本申请意在覆盖所有使用本发明的原理的对本发明进行的变化、使用或者修改。进一步，本申请意在覆盖偏离本发明的公开内容而 属于公知的或者与本发明相关的常规选择并且落入本申请的权利要求中的方案。因此，虽然公开的旋转电机是刷式交流发电机，但是可以理解的是，本发明公开的技术能够适用于其他类型的旋转电机的转子，诸如具有使用永久磁体的转子的电动机或无刷交流电机。
关于本发明的使用方法以及操作的进一步讨论，基于上述描述同样应该是显而易见的。关于上述描述的，可以理解的是：对于本发明的部件的最适合的尺寸关系，包括尺寸的变化、材料的变化、形状的变化、结构的变化、作用的变化和操作方法的变化之间的组合和使用，对于本领域技术人员都是显而易见的，且所有与附图中所示的和与说明书中所描述的等价的关系都在本发明的保护范围之内。