CN101488679A - 永磁式旋转机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁式旋转机械。转子的外周面包括曲率半径不同的第一曲线部分和第二曲线部分。在主磁极部设有容置第一永久磁铁的第一磁铁容置孔和容置第二永久磁铁的第二磁铁容置孔。第一磁铁容置孔的外侧的壁以及内侧的壁形成为以中心点为中心的圆弧形状。第二磁铁容置孔的外侧的壁以及内侧的壁形成为以与中心点不同的中心点为中心的圆弧形状。第一永久磁铁(第二永久磁铁)的磁取向方向在中央部向中央部取向中心点会聚，在端部向比中央部取向中心点更远的端部取向中心点会聚。

Description

永磁式旋转机械

技术领域

本发明涉及一种在转子上设置的磁铁插入孔中插入了永久磁铁的永磁式旋转机械，特别涉及使永磁式旋转机械的效率提高的技术。

背景技术

作为对空调机(空调装置)(air conditioner)或电冰箱(refrigerator)等的压缩机(compressor)进行驱动的电动机、对车辆(motor vehicle)或车载装置(apparatus installed in a motor vehicle)等进行驱动的电动机等，可以使用在转子上设置的磁铁插入孔中插入了永久磁铁的永磁式电动机(permanent magnetmotor)(被称为“永久磁铁埋入式电动机(Interior Permanent Magnet Motor)”)。这种永磁式电动机例如具备设有齿(teeth)的定子(stator)、与齿的齿顶面(teethtop surface)隔着间隙(gap)可旋转地配置的转子。在转子上，对与转子的轴向垂直的截面进行观察时(when viewed in cross section perpendicular to the axialdirection of the rotor)，在周向上交替配置主磁极部(main magnetic pole)和辅助磁极部(auxiliary magnetic pole)。在主磁极部设有磁铁插入孔(magnet inserthole)，在磁铁插入孔中插入永久磁铁。该永磁式电动机能够利用由插入主磁极部的磁铁插入孔中的永久磁铁的磁通产生的磁转矩(magnet torque)和由辅助磁极部的突极性(salient pole characteristics)产生的磁阻转矩(reluctance torque)这两者。

在日本特开平11—285186号公报中，记载了具备如图6所示的转子830的永磁式电动机。另外，在图6中，表示了主磁极部c的部分，但其他的主磁极部也是相同的结构。图6所示的转子830在主磁极部c上，形成有第一磁铁插入孔832c和第二磁铁插入孔834c。第一磁铁插入孔832c的外侧的壁(outsidewall)(外周面一侧的壁(wall on the outer circumferential side))832c1以及内侧的壁(inner wall)(中心一侧的壁(wall on the center side))832c2、第二磁铁插入孔834c的外侧的壁(外周面一侧的壁)834c1以及内侧的壁(中心一侧的壁)834c2，形成为以主磁极部c的d轴(d-axis)上的公共的中心点(commoncenter point on the d-axis)c811为中心的圆弧形状(circular arc shape)。此外，在第一磁铁插入孔832c和第二磁铁插入孔834c之间设有内侧桥接部(innerbridge)836c，在第一磁铁插入孔832c和转子830的外周面830A之间设有第一外侧桥接部(first outer bridge)837c1，在第二磁铁插入孔834c和转子830的外周面830A之间设有第二外侧桥接部(second outer bridge)837c2。

此外，在日本特开平7—39090号公报中记载了如下内容，即，为了通过使气隙磁通密度分布(air-gap magnetic flux density distribution)接近正弦波形状(sinusoidal waveform)来抑制因齿槽转矩(cogging torque)而引发的振动(vibration)或噪音(noise)，使永久磁铁的磁取向方向(direction of the magneticorientation)向公共的取向中心点会聚(converge on the common center point of themagnetic orientation)(“辐射取向(radial orientation)”)。

为了提高这种永磁式电动机的效率，需要提高磁通量(amount of magneticflux)。例如，通过加长在主磁极部形成的第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的长度(在第一以及第二磁铁插入孔中插入的第一以及第二永久磁铁的外侧的面(outer surface)的长度)，从而使磁通量增大。或者，通过减少经由主磁极部设置的桥接部(在第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔之间设置的内侧桥接部，在第一磁铁插入孔和转子的外周面之间设置的第一外侧桥接部，在第二磁铁插入孔和转子的外周面之间设置的第二外侧桥接部)流通的短路磁通量(amount ofshort-circuit magnetic flux)，从而使磁通量(有效磁通量(amount of effectivemagnetic flux))增大。然而，上述的以往的永磁式电动机不能够充分地增加磁通量。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种通过进一步增加磁通量(有效磁通量)来进一步提高永磁式旋转机械的效率的技术。

第一发明的永磁式旋转机械具有定子和转子。在转子上，在对与轴向垂直的截面进行观察时，沿轴向交替配置有主磁极部和辅助磁极部。在主磁极部设有磁铁插入孔，在磁铁插入孔中插入永久磁铁。永久磁铁的极性设定为使得相邻的主磁极部的极性为反极性。本发明的永磁式旋转机械应用典型的是永久磁铁埋入式电动机。

对与转子的轴向垂直的截面进行观察时(when viewed in cross sectionperpendicular to the axial direction of the rotor)，转子的外周面(outercircumferential surface of a rotro)包括第一曲线部分(first curved portion)和第二曲线部分(second curved portion)。第一曲线部分与主磁极部的d轴相交(intersect with d-axis)，并且形成为突部朝向外方向的第一曲线形状(first curveprofile which bulges in the radially outward direction)。第二曲线部分与辅助磁极部的q轴(q-axis)相交，并且形成为突部朝向外方向的第二曲线形状。第二曲线形状的曲率半径(radius of curvature)设定为比第一曲线形状的曲率半径大。另外，所述“外方向”表示了对与转子的轴向垂直的截面进行观察时，从转子的中心点远离的方向。“d轴”是对与转子的轴向垂直的截面进行观察时，连接转子的中心点和主磁极部的周向的中心点(center of the main magnetic pole in thecircumferential direction)的线。“q轴”是对与转子的轴向垂直的截面进行观察时，连接转子的中心点和辅助磁极部的周向的中心点的线。

在不使用转子位置检测传感器(rotor position detecting sensor)，而使用根据定子卷线所感应的电动势的电动势波形(waveform of the induced electromotiveforce of the stator winding)来检测转子的位置的无传感器控制方式(sensor-lesscontrol system)对永磁式电动机进行控制的情况下，若电动势波形中所含有的高次谐波成分(harmonic waveform component)增加，则不能够进行最佳的控制(optimum control)而导致效率降低。在本发明中，当第一曲线部分和第二曲线部分的转换位置通过定子的齿时，由于抑制了流通过齿的磁通量的急剧变化，因此能够防止定子卷线的电动势波形中所包含的高次谐波成分增加。从而，在使用无传感器控制方式来控制永磁式电动机的情况下，能够防止由电动势波形中所含有的高次谐波成分产生的效率降低的情况。

在主磁极部设有第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔。基于该第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔，在第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔之间设有内侧桥接部(inner bridge)，在第一磁铁插入孔和转子的外周面之间设有第一外侧桥接部(first outer bridge)，在第二磁铁插入孔和转子的外周面之间设有第二外侧桥接部(second outer bridge)。对与转子的轴向垂直的截面进行观察时，第一以及第二磁铁插入孔由相对配置的外侧的壁(外周面一侧的壁)和内侧的壁(中心一侧的壁)、配置在外侧的壁和内侧的壁之间的内侧端壁和外侧端壁构成。“外侧的壁(外周面一侧的壁)”是指相对配置的壁中距离转子的中心点远的壁，“内侧的壁(中心一侧的壁)”是指距离转子的中心点近的壁。“内侧端壁”是指在与形成于相同主磁极部的其他的磁铁插入孔相对的位置上配置的端壁(形成内侧桥接部的端壁)，“外侧端壁”是指在与转子的外周面相对的位置上配置的端壁(形成第一以及第二外侧桥接部的端壁)。通过内侧桥接部、第一以及第二外侧桥接部，能够提高转子的强度。

第一磁铁插入孔的外侧的壁形成为以第一曲率中心点为中心的圆弧形状。此外，第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为以与第一曲率中心点不同的第二曲率中心点为中心的圆弧形状。“圆弧形状”包括大致圆弧形状。设定第一曲率中心点以及第二曲率中心点，使得第一磁铁插入孔的外侧的壁以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的长度与下述情况相比更长，即与将第一磁铁插入孔的外侧的壁以及第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为以d轴上的公共的曲率中心点为中心的圆弧形状的情况相比更长。第一曲率中心点以及第二曲率中心点的位置由转子的大小、内侧桥接部、第一以及第二桥接部的宽度、第一以及第二磁铁插入孔的大小等来决定。由于在主磁极部形成的第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状形成为以分别不同的第一曲率中心点以及第二曲率中心点为中心的圆弧形状，因此通过适当设定第一曲率中心点和第二曲率中心点的位置，能够加长第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的长度。由此，能够增加磁通量，从而能够提高效率。

在本发明中，利用通过曲率半径不同的第一曲线部分和第二曲线部分来形成转子的外周面的结构，加长在主磁极部形成的第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的长度的结构，从而使效率提高。由此，例如，即使是在使用比稀土类磁铁的磁通密度低的铁氧体磁铁等的情况下，也能够得到与使用稀土类磁铁的情况相同的效率。

在第一发明的其他的方式中，第一曲线部分形成为以d轴上的曲率中心点为中心的圆弧形状，第二曲线部分形成为以q轴上的曲率中心点为中心的圆弧形状。由此，能够容易地形成第一曲线部分和第二曲线部分。

在第一发明的另一种其他的方式中，第一曲线部分形成为以转子的中心点为曲率中心点的圆弧形状，第二曲线部分形成为以从转子的中心点向与第二外周面相反的方向偏离的点为曲率中心点的圆弧形状(The second curved portionhas a circular ark shape having the center point of curvature on the point located in aposition displaced from the center of the rotor away from the second outercircumferential surface)。由此，在第一曲线部分和第二曲线部分的转换部分通过定子的齿的部位时，能够更有效地抑制流通过齿的磁通量的急剧变化。从而，能够进一步提高效率。

在第一发明的另一个其他的方式中，第一磁铁插入孔的外侧的壁的曲率半径和第二磁铁插入孔的外侧的壁的曲率半径设定为相等。由此，由于来自第一磁铁插入孔的磁通量和来自第二磁铁插入孔的磁通量变得大致相等，因此能够防止磁通量的波动(pulsation of amount of magnetic flux)。

在第一发明的另一个其他的方式中，第一磁铁插入孔的内侧的壁形成为以第一曲率中心点为中心的圆弧形状，第二磁铁插入孔的内侧的壁形成为以第二曲率中心点为中心的圆弧形状。由此，能够使插入第一磁铁插入孔中的第一永久磁铁以及插入第二磁铁插入孔中的第二永久磁铁的厚度一定。从而，能够防止減磁特性的不均匀(unevenness of the demagnetization characteristics)。

在第一发明的另一个其他的方式中，第一磁铁插入孔的内侧的壁的曲率半径和第二磁铁插入孔的内侧的壁的曲率半径设定为相等。由此，能够在第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔中插入相同形状的永久磁铁。此外，在第一磁铁插入孔的内侧的壁和旋转轴插入孔(rotor shaft insert hole)之间的转子铁芯所产生的磁阻转矩以及在第二磁铁插入孔的内侧的壁和旋转轴插入孔之间的转子铁芯所产生的磁阻转矩相同，从而能够减小齿槽转矩。从而，能够减小由齿槽转矩产生的噪音和振动。

在第一发明的另一个其他的方式中，在主磁极部多层(a plurality of layer)设有第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔的组。例如，沿着转子的径向设置多个构成各层的第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔的组。通过采用该多层结构，能够利用由层间的转子铁芯产生的磁阻转矩，从而能够进一步提高效率。此外，通过采用多层结构，当主磁极部和辅助磁极部的转换部分通过定子的齿的部位时，流通过齿的磁通量分段变化，能够防止流通过齿的磁通量产生急剧变化。

在第一发明的另一个其他的方式中，构成各层的第一磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁形成为以第一曲率中心点为中心的圆弧形状，构成各层的第二磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁形成为以第二曲率中心点为中心的圆弧形状。由此，能够更高效地形成构成各层的磁铁插入孔。

通常，在永磁式旋转机械中，为了使气隙磁通密度分布接近正弦波形状而抑制由齿槽转矩产生的振动或噪音，因此，插入磁铁插入孔中的永久磁铁的磁取向方向设定为向公共的取向中心点会聚(辐射取向)。此外，第一以及第二磁铁插入孔的外侧端壁(与外周面相对的端壁)形成为与转子的外周面平行(包括大致平行)，第一以及第二磁铁插入孔的内侧端壁(相互相对的端壁)形成为与主磁极部的d轴平行(包括大致平行)。因此，在插入第一以及第二磁铁插入孔中的第一以及第二永久磁铁的磁取向向公共的取向中心点会聚的情况下，经由内侧桥接部、第一外侧桥接部以及第二外侧桥接部而流通的短路磁通量多。

在第一发明的另一个其他的方式中，第一以及第二永久磁铁的磁取向方向在中央部和端部是不同的。即，在第一永久磁铁插入第一磁铁插入孔中的状态下，对与轴向垂直的截面进行观察时，第一永久磁铁的磁取向方向在中央部(atthe center portion)向第一永久磁铁的中央部取向中心点会聚(converge on thecenter point of the magnetic orientation of the center portion)，所述第一永久磁铁的中央部取向中心点配置在与第一磁铁插入孔的外侧的壁(outer wall)相对的外侧的面(outer surface)的外侧，在端部(at the end portion)，向第一永久磁铁的端部取向中心点会聚，所述第一永久磁铁的端部取向中心点配置在比第一永久磁铁的中央部取向中心点更远的位置。同样地，在第二永久磁铁插入第二磁铁插入孔中的状态下，对与轴向垂直的截面进行观察时，第二永久磁铁的磁取向方向在中央部，向第二永久磁铁的中央部取向中心点会聚，所述第二永久磁铁的中央部取向中心点配置在与第二磁铁插入孔的外侧的壁相对的外侧的面的外侧，在端部，向第二永久磁铁的端部取向中心点(center point of the magneticorientation of the end portion)会聚，所述第二永久磁铁的端部取向中心点配置在比第二永久磁铁的中央部取向中心点更远的位置。“配置在比第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点更远的位置的第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点”与第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面之间的距离比第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面和第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点之间的距离更长。第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部以及端部是指沿着转子的周向的中央部以及端部。

“磁取向方向向取向中心点会聚”的状态是指表示磁取向方向的线通过取向中心点的状态(包括大概通过的状态)(辐射取向)。另外，第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点也可以配置在无限远的位置。即，第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点包括无限远的取向中心点。例如，第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部的磁取向方向也可以与连接第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面的周向的中心点和第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点的线平行(称为“平行取向(parallel orientation)”)。在该情况下，第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部磁取向方向也可以与连接第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面的周向的中心点和第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点的线大致平行。

第一永久磁铁(第二永久磁铁)的磁取向方向在中央部和端部之间，可以从向第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点会聚的状态开始，连续地或分阶段地变化为向第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点会聚的状态。

“第一永久磁铁的端部”的区域和“第一永久磁铁的端部取向中心点”的位置(“第二永久磁铁的端部”的区域和“第二永久磁铁的端部取向中心点”的位置)设定为，能够抑制由第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面(outersurface)或者内侧的面(inner surface)产生的磁通经由内侧桥接部和第一外侧桥接部(内侧桥接部和第二外侧桥接部)在第一永久磁铁(第二永久磁铁)的内侧的面或者外侧的面之间短路。

在本方式中，一边使气隙磁通密度分布接近正弦波形状，一边减少经由内侧桥接部、第一外侧桥接部以及第二外侧桥接部而流通的短路磁通量，从而能够增加在主磁极部和定子之间流通的磁通量(有效磁通量)。从而，能够抑制由齿槽转矩产生的振动和噪音，还能够提高效率。

在第一发明的另一个其他的方式中，在第一外侧桥接部以及第二外侧桥接部形成有孔或者朝向外方向呈凹状的切口部。“孔”也可以是空隙，也可以填充非磁性材料。“切口部”形成为从沿着转子的外周面(例如，第二曲线部分)的线向转子的中心方向切去后的形状。孔或者切口部的周向的长度设定为在定子的齿的基部的宽度以上，优选设定为在齿的齿顶面的周向的长度以上。由此，由于能够防止由插入第一以及第二磁铁插入孔中的第一以及第二永久磁铁产生的磁通经由定子的齿而被短路，因此能够增加有效磁通量，能够提高效率。此外，由于磁阻转矩的变动的减小而转矩波动减小，或者，由于在永久磁铁的端部的短路磁通量的减少而转子和定子之间的辐射方向的磁吸引力减小，因此，能够减小噪音和振动。

第二发明的永磁式旋转机械具有定子和转子。在转子上，对与轴向垂直的截面进行观察时，在周向上交替配置有主磁极部和辅助磁极部。在主磁极部设有磁铁插入孔，在磁铁插入孔中插入永久磁铁。永久磁铁的极性设定为使得相邻的主磁极部的极性相反。本发明的永磁式旋转机械应用典型的是永久磁铁埋入式电动机。

在主磁极部设有第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔。基于该第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔，在第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔之间设有内侧桥接部，在第一磁铁插入孔和转子的外周面之间设有第一外侧桥接部，在第二磁铁插入孔和转子的外周面之间设有第二外侧桥接部。对与转子的轴向垂直的截面进行观察时，第一以及第二磁铁插入孔由相对配置的外侧的壁(外周面一侧的壁)和内侧的壁(中心一侧的壁)、配置在外侧的壁和内侧的壁之间的内侧端壁和外侧端壁构成。“外侧的壁(外周面一侧的壁)”是指相对配置的壁中距离转子的中心点远的壁，“内侧的壁(中心一侧的壁)”是指距离转子的中心点近的壁。“内侧端壁”是指在与形成于相同主磁极部的其他的磁铁插入孔相对的位置上配置的端壁(形成内侧桥接部的端壁)，“外侧端壁”是指在与转子的外周面相对的位置上配置的端壁(形成第一以及第二外侧桥接部的端壁)。通过内侧桥接部、第一以及第二外侧桥接部，能够提高转子的强度。

在第一以及第二磁铁插入孔中插入了第一以及第二永久磁铁，所述第一以及第二永久磁铁分别具有与第一以及第二磁铁插入孔的截面形状对应的截面形状。一般来讲，第一以及第二磁铁插入孔的外侧端壁(与外周面相对的端壁)和第一以及第二永久磁铁的外侧端面(与外侧端壁相对的端面)形成为与转子的外周面平行(包括大致平行)。此外，第一以及第二磁铁插入孔的内侧端壁(相互相对的端壁)和第一以及第二永久磁铁的内侧端面(与内侧端壁相对的端面)形成为与主磁极部的d轴平行(包括大致平行)。另外，“d轴”是对与轴向垂直的截面进行观察时，连接主磁极部的周向的中心点和转子的中心点的线。

在本发明中，第一以及第二永久磁铁的磁取向方向在中央部和端部是不同的。即，在第一永久磁铁插入第一磁铁插入孔的状态下，对与轴向垂直的截面进行观察时，第一永久磁铁的磁取向方向在中央部向第一永久磁铁的中央部取向中心点会聚，所述第一永久磁铁的中央部取向中心点配置在第一永久磁铁的外侧的面的外侧，在端部，向第一永久磁铁的端部取向中心点会聚，所述第一永久磁铁的端部取向中心点配置在比第一永久磁铁的中央部取向中心点更远的位置。同样地，在第二永久磁铁插入第二磁铁插入孔的状态下，对与轴向垂直的截面进行观察时，第二永久磁铁的磁取向方向在中央部，向第二永久磁铁的中央部取向中心点会聚，所述第二永久磁铁的中央部取向中心点配置在第二永久磁铁的外侧的面的外侧，在端部，向第二永久磁铁的端部取向中心点会聚，所述第二永久磁铁的端部取向中心点配置在比第二永久磁铁的中央部取向中心点更远的位置。“配置在比第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点更远的位置的第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点”，和第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面之间的距离，比第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面和第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点之间的距离更长。第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部以及端部是指沿着转子的周向的中央部以及端部。

“磁取向方向向取向中心点会聚”的状态是指表示磁取向方向的线通过取向中心点的状态(包括大概通过的状态)(辐射取向)。另外，第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点可以配置在无限远的位置。即，第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点包括无限远的取向中心点。例如，第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部的磁取向方向也可以与连接第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面的周向的中心点和第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点的线平行(平行取向)。在该情况下，第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部磁取向方向也可以与连接第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面的周向的中心点和第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点的线大致平行。

第一永久磁铁(第二永久磁铁)的磁取向方向在中央部和端部之间，可以从向第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点会聚的状态开始，连续地或分阶段地变化为向第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点会聚的状态。

第一永久磁铁的中央部取向中心点和第二永久磁铁的中央部取向中心点也可以使用相同的取向中心点。此外，第一永久磁铁的端部取向中心点和第二永久磁铁的端部取向中心点也可以使用相同的取向中心点。第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点和端部取向中心点的位置能够配置在适当的位置，但对与轴向垂直的截面进行观察时，第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点优选配置在连接第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面的长度方向(周向)的中心点和第一永久磁铁(第二永久磁铁)的中央部取向中心点的线上。“第一永久磁铁的端部”的区域和“第一永久磁铁的端部取向中心点”的位置(“第二永久磁铁的端部”的区域和“第二永久磁铁的端部取向中心点”的位置)设定为，能够抑制由第一永久磁铁(第二永久磁铁)的外侧的面或者内侧的面产生的磁通经由内侧桥接部和第一外侧桥接部(内侧桥接部和第二外侧桥接部)在第一永久磁铁(第二永久磁铁)的内侧的面或者外侧的面之间短路。

在本发明中，能够抑制由第一永久磁铁以及第二永久磁铁产生的磁通在第一磁铁插入孔以及第二磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁之间，经由内侧桥接部、第一外侧桥接部以及第二外侧桥接部而被短路。由此，能够使短路磁通量減少，在主磁极部和定子之间流通的磁通量(有效磁通量)增加。从而，能够提高效率。

在第二发明的其他的方式中，第一磁铁插入孔具有形成为朝向外方向呈凹状的曲线形状的外侧的壁，第一永久磁铁具有形成为与第一磁铁插入孔的外侧的壁的曲线形状对应的曲线形状的外侧的面。同样地，第二磁铁插入孔具有形成为朝向外方向呈凹状的曲线形状的外侧的壁，第二永久磁铁具有形成为与第二磁铁插入孔的外侧的壁的曲线形状对应的曲线形状的外侧的面。由此，由于能够加长第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁(第一以及第二永久磁铁的外侧的面)的长度，从而能够增加主磁极部的磁通量。此外，由于能够增大在第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁(第一以及第二永久磁铁的外侧的面)和转子的外周面之间形成的区域的面积，因此能够使磁阻转矩增大。

在第二发明的另一种其他的方式中，第一磁铁插入孔的外侧的壁形成为圆弧形状，第一永久磁铁的外侧的面形成为与第一磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状。同样地，第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为圆弧形状，第二永久磁铁的外侧的面形成为与第二磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状。由此，能够增加主磁极部的磁通量的同时，容易地形成第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁、第一以及第二永久磁铁的外侧的面。此外，由于能够得到变动少的磁阻转矩，因此能够减小由齿槽转矩产生的噪音和振动。

在第二发明的另一种其他的方式中，第一磁铁插入孔具有形成为朝向外方向呈凹状的圆弧形状的外侧的壁和形成为向内方向突出的圆弧形状的内侧的壁，第一永久磁铁具有形成为与第一磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状的外侧的面和形成为与第一磁铁插入孔的内侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状的内侧的面。同样地，第二磁铁插入孔具有形成为朝向外方向呈凹状的圆弧形状的外侧的壁和形成为向内方向突出的圆弧形状的内侧的壁，第二永久磁铁具有形成为与第二磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状的外侧的面和形成为与第二磁铁插入孔的内侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状的内侧的面。由此，能够加长第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁(第一以及第二永久磁铁的外侧的面和内侧的面)的长度，从而能够增加主磁极部的磁通量。此外，能够容易地形成第一以及第二永久磁铁。此外，由于能够使永久磁铁的厚度一定，因此能够钢制減磁特性的不均匀。另外，由于在第一磁铁插入孔的内侧的壁和旋转轴插入孔之间的转子铁芯所产生的磁阻转矩以及在第二磁铁插入孔的内侧的壁和旋转轴插入孔之间的转子铁芯所产生的磁阻转矩相同，因此能够减小因齿槽转矩而产生的影响。此外，还能够减小噪音和振动。

在第二发明的另一个其他的方式中，第一磁铁插入孔的外侧的壁形成为以第一曲率中心点为中心的圆弧形状，第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为以与第一曲率中心点不同的第二曲率中心点为中心的圆弧形状。“圆弧形状”包括大致圆弧形状。第一曲率中心点以及第二曲率中心点设定为，使得第一磁铁插入孔的外侧的壁以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的长度比将第一磁铁插入孔的外侧的壁以及第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为以d轴上的公共的曲率中心点为中心的圆弧形状的情况更长。第一曲率中心点以及第二曲率中心点的位置由转子的大小、内侧桥接部、第一以及第二桥接部的宽度、第一以及第二磁铁插入孔的大小等来决定。由于第一磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状和第二磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状分别形成为以不同的第一曲率中心点和第二曲率中心点为中心的圆弧形状，因此能够通过设定第一曲率中心点和第二曲率中心点来加长第一磁铁插入孔的外侧的壁以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的长度。从而，能够增加主磁极部的磁通量，从而能够提高效率。

在第二发明的另一个其他的方式中，对与轴向垂直的截面进行观察时，第一永久磁铁的端部的磁取向方向与连接第一永久磁铁的外侧的面的周向(长度方向)的中心点和第一永久磁铁的中央部取向中心点的线平行(平行取向)。同样地，对与轴向垂直的截面进行观察时，第二永久磁铁的端部的磁取向方向与连接第二永久磁铁的外侧的面的周向(长度方向)的中心点和第二永久磁铁的中央部取向中心点的线平行。“外侧的面的周向(长度方向)的中心点”例如在外侧的面形成为直线状的情况下是直线的中心点，在外侧的面形成为圆弧形状的情况下是圆弧的周向的中心点。“平行”包括大致平行的情况。由此，能够进一步可靠地抑制经由内侧桥接部和第一外侧桥接部在第一磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁(第一永久磁铁的外侧的面和内侧的面)之间被短路的磁通量(短路磁通量)以及经由内侧桥接部和第二外侧桥接部在第二磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁(第二永久磁铁的外侧的面和内侧的面)之间被短路的磁通量(短路磁通)。

在第二发明的另一个其他的方式中，在主磁极部多层设有第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔的组。例如，沿着转子的径向设置多个构成各层的第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔的组。由于采用多层结构，能够利用由层间的转子铁芯产生的磁阻转矩，因此能够进一步提高效率。此外，由于采用多层结构，当主磁极部和辅助磁极部的转换部分通过定子的齿的位置时，流通过齿的磁通量分阶段变化，因此，能够防止流通过齿的磁通量产生急剧变化。

在第二发明的另一个其他的方式中，对与轴向垂直的截面进行观察时，转子的外周面包括第一曲线部分和第二曲线部分。第一曲线部分与主磁极部的d轴相交，形成为突部朝向外方向的第一曲线形状。第二曲线部分与辅助磁极部的q轴相交，并且形成为突部朝向外方向的第二曲线形状。第二曲线形状的曲率半径设定为比第一曲线形状的曲率半径大。另外，所述“外方向”，表示对与转子的轴向垂直的截面进行观察时，从转子的中心点远离的方向。“d轴”是对与转子的轴向垂直的截面进行观察时，连接转子的中心点和主磁极部的周向的中心点的线。“q轴”是对与转子的轴向垂直的截面进行观察时，连接转子的中心点和辅助磁极部的周向的中心点的线。由曲率半径不同的第一曲线部分和第二曲线部分构成了转子的外周面，因此能够防止在第一曲线部分和第二曲线部分的转换部位在转子的外周面和定子的齿的齿顶面之间的间隙急剧变化。由此，能够防止因转子的第一曲线部分和第二曲线部分的转换部位的磁饱和导致的效率降低。

在不使用转子位置检测传感器，而使用根据定子卷线所感应的电动势的电动势波形来检测转子的位置的无传感器控制方式对永磁式电动机进行控制的情况下，若电动势波形中所含有的高次谐波成分增加，则不能够进行最佳的控制而导致效率降低。在本发明中，当第一曲线部分和第二曲线部分的转换部位通过定子的齿时，由于抑制了流通过齿的磁通量的急剧变化，因此能够防止定子卷线的电动势波形中所包含的高次谐波成分增加。从而，在使用无传感器控制方式来控制永磁式电动机的情况下，能够防止由电动势波形中所含有的高次谐波成分产生的效率降低。

在第二发明的另一个其他的方式中，在第一外侧桥接部以及第二外侧桥接部形成有孔或者朝向外方向呈凹状的切口部。“孔”可以是空隙，也可以填充非磁性材料。“切口部”形成为从沿着转子的外周面(例如，第二曲线部分)的线向转子的中心方向切去的形状。孔或者切口部的周向的长度设定为在定子的齿的基部的宽度以上，优选设定为齿的齿顶面的周向的长度以上。由此，能够防止由插入第一以及第二磁铁插入孔中的第一以及第二永久磁铁产生的磁通经由定子的齿而被短路，因此能够增加有效磁通量，提高效率。此外，由于磁阻转矩的变动的减小而转矩波动减小，或者，由于在永久磁铁的端部的短路磁通量的减少而在转子和定子之间的辐射方向的磁吸引力减小，因此，能够减小噪音和振动。

第一发明能够增加磁通量，提高效率。由此，即使是使用比稀土类磁铁的磁通密度低的铁氧体磁铁等的情况下，也能够得到具有与使用稀土类磁铁的情况相同的效率的永磁式旋转机械。

第二发明能够减少经由内侧桥接部、第一外侧桥接部以及第二外侧桥接部而流通的短路磁通量。由此，能够增加磁通量(有效磁通量)，提高效率。

附图说明

图1是从与轴向垂直的方向观察第一实施例的截面图。

图2是从与轴向垂直的方向观察第一实施例的转子的截面图。

图3是图1的局部放大图。

图4是说明第一实施例的永久磁铁的磁取向方向的图。

图5是说明第一实施例的作用的图。

图6是说明以往技术的作用的图。

图7是从与轴向垂直的方向观察第二实施例的转子的截面图。

图8是从与轴向垂直的方向观察第三实施例的转子的截面图。

图9是从与轴向垂直的方向观察第四实施例的转子的截面图。

图10是从与轴向垂直的方向观察第五实施例的转子的截面图。

图11是从与轴向垂直的方向观察第六实施例的转子的截面图。

图12是从与轴向垂直的方向观察第七实施例的转子的截面图。

具体实施方式

以往，在永磁式电动机中，使用了磁通密度高的稀土类磁铁(rare earthmagnet)。特别是，使用了包含Nd(钕(Neodym))、Fe(铁(iron))、Co(钴(cobalt))、B(硼(boron))等的钕磁铁(Neodym magnet)。然而，由于钕磁铁等的稀土类磁铁价格高，因此需要开发一种使用廉价的永久磁铁的永磁式电动机，例如，使用了磁通密度(flux density)比稀土类磁铁低，但价格低廉的铁氧体磁铁(ferrite magnet)等的永磁式电动机。

在设置于转子的主磁极部的磁铁插入孔中插入了永久磁铁的永磁式电动机，其磁通量取决于磁铁插入孔的外侧的壁(外周面一侧的壁)的长度。因此，在使用铁氧体磁铁等的磁通密度低的磁铁时，与使用磁通密度高的稀土类磁铁的情况相比，为了得到具有相同程度的效率的永磁式电动机，需要加长磁铁插入孔的外侧的壁的长度。在此，在日本特开平11—285186号公报中记载的转子，与将截面为方形形状的第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔配置成V字形的转子相比，磁铁插入孔的外侧的壁的长度长。然而，即使向这样的转子的磁铁插入孔插入铁氧体磁铁等的磁通密度低的永久磁铁，也不能够得到与使用磁通密度高的稀土类磁铁的情况相同的效率。另外，从制造成本上来考虑，稀土类磁铁通常使用截面形状形成为长方形形状的磁铁。

因此，需要如下这样的技术，即，加长在主磁极部形成的磁铁插入孔的外侧的壁的长度，提高永磁式旋转机械的效率，特别是，即使是在使用磁通密度比稀土类磁铁低的铁氧体磁铁的情况下，也能够得到与使用稀土类磁铁的情况相同程度的效率的技术。

此外，在日本特开平11—285186号公报所记载的永磁式电动机中，在第一磁铁插入孔832c中插入的第一永久磁铁833c所产生的磁通经由内侧桥接部836c和第一外侧桥接部837c1而流通，在第二磁铁插入孔834c中插入的第二永久磁铁835c所产生的磁通经由内侧桥接部836c和第二外侧桥接部837c2而流通。即，短路磁通经由内侧桥接部836c、第一外侧桥接部837c1以及第二外侧桥接部837c2而流通。在此，第一磁铁容置孔832c(第二磁铁容置孔834c)的外侧端壁832c3(834c3)和第一永久磁铁833c(第二永久磁铁835c)的外侧端面(与外侧端壁相对的端面)形成为与转子830的外周面830A平行(包括大致平行)。此外，第一磁铁容置孔832c(第二磁铁容置孔834c)的内侧端壁832c4(834c4)和第一永久磁铁833c(第二永久磁铁835c)的内侧端面(与内侧端壁相对的端面)形成为与d轴(连接主磁极部c的周向的中心点和转子830的中心点的线)平行(包括大致平行)。在这样的永磁式电动机中，如日本特开平7—39090号公报中所记载的那样，在第一永久磁铁833c以及第二永久磁铁835c的磁取向方向向公共的取向中心点c811会聚的情况下，经由内侧桥接部836c、第一外侧桥接部837c1以及第二外侧桥接部837c2而流通的短路磁通量多。从而，在主磁极部c和定子的齿之间流通的磁通量(有效磁通量)减少，效率降低。

因此，需要一种一边使气隙磁通密度接近正弦波形状，一边能够减少经由内侧桥接部以及外侧桥接部而流通的短路磁通量，从而提高效率的技术。

本发明目的在于，提供一种提高效率的技术，该技术是通过加长磁铁插入孔的外侧的壁的长度，使在主磁极部与定子的齿之间流通的磁通量增加，或者，通过减少经由内侧桥接部和外侧桥接部而流通的短路磁通量来提高效率的。

本发明的第一实施例如图1以及图2所示。本发明的第一实施例是在形成于转子的主磁极部的磁铁插入孔中插入了永久磁铁的永磁式电动机(永久磁铁埋入式电动机)。另外，图1是从与轴向垂直的方向观察第一实施例的永磁式电动机10的截面图，图2是从与轴向垂直的方向观察转子30的截面图。此外，在图1以及图2中，表示了磁极数为4(极对数(pair of poles)为2)的转子30。

本实施例的永磁式电动机10包括定子20和转子30。

定子20例如由层积电磁钢板(electrical steel sheet)而形成的定子铁芯(statorcore)构成。定子20具有磁轭(yoke)21和齿(teeth)22。齿22形成了槽(slot)23。在槽23中，通过分布卷绕方式(distributed winding method)或者集中卷绕方绕式(concentrated winding method)插入定子卷线(stator coil)。如图3所示，齿22具有基部(body)22a、在基部22a的旋转方向两侧设置的齿端部(teethend portion)22b以及22c。而且，基部22a、齿端部22b以及22c的与转子30相对一侧的面形成了齿顶面(teeth top surface)22d。转子30配置为，在转子30的外周面和定子20的齿22的齿顶面22d的间隙(gap)设定为g的状态下，能够旋转。

转子30例如由层积电磁钢板而形成的转子铁芯(rotor core)31构成。在转子铁芯31上，形成有用于插入旋转轴的旋转轴插入孔(rotary shaft insert hole)40，并且在周向上交替配置有(alternate in the circumferential direction)主磁极部(main magnetic pole)a、b、c、d和辅助磁极部(auxiliary magnetic pole)ab、bc、cd、da。例如通压配合方法(press fitting method)或热压配合方法(shrinkfitting method)等将旋转轴插入旋转轴插入孔40中。

此外，在转子铁芯31上，形成有插入铆接销(semi-tubular rivet)的铆接销插入孔(semi-tubular rivet insert hole)38a～38d，所述铆接销用于固定层积的电磁钢板。作为铆接销，优选使用由磁性材料(magnetic material)制成的铆接销。

转子铁芯31(以下称为“转子30”)的外周面(outer circumferential surface)包括与主磁极部a～d对应的第一曲线部分(first curved portion)(第一外周部分(first outer circumferential portion))30a、30b、30c、30d和与辅助磁极部ab～da对应的第二曲线部分(second curved portion)(第二外周部分(second outercircumferential portion))30ab、30bc、30cd、30da。

第一曲线部分30a～30d与连接转子30的中心点O和主磁极部a～d的周向中心点的线(以下称为“d轴(d-axis)”)相交，并且形成为突部朝向外方向的第一曲线形状(first curve profile which intersects with a d-axis and bulgesradially outward)。此外，第二曲线部分30ab～30da与连接转子30的中心点O和辅助磁极部ab～da的周向中心点的线(以下称为“q轴(q-axis)”)相交，并且形成为突部朝向外方向的第二曲线形状。而且，第二曲线部分30ab～30da的第二曲线形状的曲率半径(radius of curvature)[Rq]设定为比第一曲线部分30a～30d的第一曲线形状的曲率半径[Rd]大(Rq>Rd)。第一曲线部分30a～30d和第二曲线部分30ab～30da通过连接点30a1～30d1、30a2～30d2连接。所述“外方向(outward)”是指远离转子的中心点的方向。

在本实施例中，第一曲线部分30a～30d形成为以转子30的中心点O为中心的半径为[Rd]的圆弧形状(circular arc shape)。此外，第二曲线部分30ab～30da形成为以q轴上的，以向与第二曲线部分30ab～30da相反的方向偏离了转子30的中心点O的点为中心的半径为[Rq]的圆弧形状(has a circular arc shapehaving its center of curvature on a point on the q-axis which is located in a positiondisplaced from the center point O of the rotor 30 away from the second curve portion30ab-30da)。在图1中，表示了第二曲线部分30ab的圆弧形状的中心点(曲率中心点(center point of curvature))Pab，在图2中，表示了第二曲线部分30bc的圆弧形状的中心点(曲率中心点)Pbc和第二曲线部分30cd的圆弧形状的中心点(曲率中心点)Pcd。

第一曲线部分30a～30d的开角(opening angle)θ设定在能够得到高效率的范围内。

另外，第一曲线部分30a～30d和第二曲线部分30ab～30da的曲线形状是圆弧形状或楕圆形状(elliptic shape)等的突型形状即可。此外，第一曲线部分30a～30d的曲线形状的中心点(曲率中心点)和第二曲线部分30ab～30da的中心点(曲率中心点)的位置能够适当变更。例如，也可以将第一曲线部分30a～30d的中心点设定为在d轴上的，向第一曲线部分30a～30d方向偏离转子30的中心点O的点。

在本实施例中，第一曲线部分30a～30d与本发明的“第一曲线部分”对应，转子30的中心点O与本发明的“第一曲线形状的第一曲率中心点”对应，[Rd]与本发明的“第一曲线形状的曲率半径”对应。此外，第二曲线部分30ab～30da与本发明的“第二曲线部分”对应，点Pab、Pbc、Pcd与本发明的“第二曲线形状的第二曲率中心点”对应，[Rq]与本发明的“第二曲线形状的曲率半径”对应。

在本实施例中，能够防止在第一曲线部分30a～30d和第二曲线部分30ab～30da的转换部分(连接点30a1～30d1、30a2～30d2的部分)通过定子的齿22的位置时，在齿22流通的磁通量产生急剧变化，能够防止在定子卷线所感应的电动势的电动势波形中包含的高次谐波成分(harmonic components contained inthe waveform of the induced electromotive force of stator winding)增加。由此，例如，在不使用转子的位置检测传感器(rotor position detecting sensor)，而使用根据定子卷线所感应的电动势的电动势波形来检测转子的位置的无传感器控制装置(sensorless control system)进行永磁式电动机的控制的情况下，能够防止电动势波形中所含有的高次谐波成分导致的转子的位置检测精度的降低。从而，能够防止因转子的位置检测精度低而导致的效率降低。此外，由于能够使定子卷线充分地感应电动势，因此不需要增加定子卷线的圈数。由此，能够防止因定子卷线的铜损(copper loss)而导致的效率降低。

在主磁极部a～d上，设有第一磁铁插入孔32a～32d和第二磁铁插入孔34a～34d。在第一磁铁插入孔32a～32d中插入第一永久磁铁33a～33d，在第二磁铁插入孔34a～34d中插入第二永久磁铁35a～35d。例如，通过间隙配合方法(clearance fitting method)将第一永久磁铁33a～33d(第二永久磁铁35a～35d)插入第一磁铁插入孔32a～32d(第二磁铁插入孔34a～34d)。第一永久磁铁33a～33d以及第二永久磁铁35a～35d被磁化，使得周向相邻的主磁极部a～d的极性为相反极性(magnetized)。在图2中，主磁极部a的第一永久磁铁33a以及第二永久磁铁35a、主磁极部c的第一永久磁铁33c以及第二永久磁铁35c被磁化为外侧(外周面一侧)是N极，内侧(中心一侧)是S极，与主磁极a和c相邻的主磁极部b的第一永久磁铁33b以及第二永久磁铁35b、主磁极部d的第一永久磁铁33d以及第二永久磁铁35d被磁化为外侧(外周面一侧)是S极，内侧(中心一侧)是N极。

在本实施例中，第一磁铁插入孔32a～32d是由外侧的壁(outer wall)32a1～32d1、内侧的壁(inner wall)32a2～32d3、外侧端壁(outer end wall)32a3～32d3、内侧端壁(inner end wall)32a4～32d4而形成的。同样地，第二磁铁插入孔34a～34d是由外侧的壁34a1～34d1、内侧的壁34a2～34d2、外侧端壁34a3～34d3、内侧端壁34a4～34d4而形成的。从与转子30的轴向成直角的截面观察，“外侧的壁”和“内侧的壁”是表示，在与主磁极部的外周侧和中心一侧相对形成的壁中，远离转子30(转子铁芯31)的中心点O的壁和靠近中心点O的壁。此外，“外侧端壁”和“内侧端壁”是表示，在外侧的壁和内侧的壁所连接的端壁中，在与转子30的外周面相对的位置上配置的端壁和在与相同主磁极部a～d所设置的其他的磁铁插入孔相对的位置上配置的端壁。第一永久磁铁33a～33d的与轴向垂直的截面的形状形成为能够插入到第一磁铁插入孔32a～32d的程度，并且对应于第一磁铁插入孔32a～32d的与轴向垂直的截面的形状。同样地，第二永久磁铁35a～35d的与轴向垂直的截面的形状也是形成为能够插入到第二磁铁插入孔34a～34d的程度，并且对应于第二磁铁插入孔34a～34d的与轴向垂直的截面的形状。对与轴向垂直的截面进行观察时，典型地，第一永久磁铁33a～33d(第二永久磁铁35a～35d)具有：外侧的面(outer surface)，形成为与第一磁铁插入孔32a～32d(第二磁铁插入孔34a～34d)的外侧的壁32a1～32d1(34a1～34d1)对应的形状；内侧的面(inner surface)，形成为与内侧的壁32a2～32d2(34a2～34d2)对应的形状；外侧端面(outer end surface)，形成为与外侧端壁32a3～32d3(34a3～34d3)对应的形状；内侧端面(inner endsurface)，形成为与内侧端壁32a4～32d4(34a4～34d4)对应的形状。

在本实施例中，为了增加磁通量，第一磁铁插入孔32a～32d(第二磁铁插入孔34a～34d)的外侧端壁32a3～32d3(34a3～34d3)、在第一磁铁插入孔32a～32d(第二磁铁插入孔34a～34d)中插入的第一永久磁铁33a～33d(第二永久磁铁35a～35d)的外侧端面形成为与转子铁芯31(转子30)的外周面平行(包括大致平行)。此外，第一磁铁插入孔32a～32d(第二磁铁插入孔34a～34d)的内侧端壁32a4～32d4(34a4～34d4)、在第一磁铁插入孔32a～32d(第二磁铁插入孔34a～34d)中插入的第一永久磁铁33a～33d(第二永久磁铁35a～35d)的内侧端面形成为与d轴平行(包括大致平行)。

对于第一磁铁插入孔32a～32d(第二磁铁插入孔34a～34d)、第一永久磁铁33a～33d(第二永久磁铁35a～35d)的与轴向垂直的截面的形状，将在后面进行叙述。

在转子铁芯31上，基于第一磁铁插入孔32a～32d和第二磁铁插入孔34a～34d，在第一磁铁插入孔32a～32d和第二磁铁插入孔34a～34d之间设有内侧桥接部(inner bridge)36a～36d，在第一磁铁插入孔32a～32d和转子30的外周面(第二曲线部分30ab～30da)之间设有第一外侧桥接部(first outer bridge)37a1～37d1，在第二磁铁插入孔34a～34d和转子30的外周面(第二曲线部分30ab～30da)之间设有第二外侧桥接部(second outer bridge)37a2～37d2。即，基于第一磁铁插入孔32a～32d的内侧端壁32a4～32d4和第二磁铁插入孔34a～34d的内侧端壁34a4～34d4，设置了内侧桥接部36a～36d；基于第一磁铁插入孔32a～32d的外侧端壁32a3～32d3和转子30的外周面30ab～30da，设置了第一外侧桥接部37a1～37d1；基于第二磁铁插入孔34a～34d的外侧端壁34a3～34d3和转子30的外周面30ab～30da，设置了第二外侧桥接部37a2～37d2。

内侧桥接部36a～36d、第一外侧桥接部37a1～37d1以及第二外侧桥接部37a2～37d2提高了转子30的强度。

接着，对第一磁铁插入孔32a～32d以及第二磁铁插入孔34a～34d的结构进行说明。

首先，参照图6，对日本特开平11—285186号公报所记载的以往的永磁式电动机的磁铁插入孔的结构进行说明。图6是从与轴向垂直的方向观察以往的永磁式电动机的转子830的截面图。另外，在图6中，仅表示了主磁极部c的部分。在主磁极部c上，设置了第一磁铁插入孔832c和第二磁铁插入孔834c。第一磁铁插入孔832c(第二磁铁插入孔834c)由外侧的壁832c1(834c1)、内侧的壁832c2(834c2)、外侧端壁832c3(834c3)、内侧端壁832c4(834c4)形成。此外，在第一磁铁插入孔832c和第二磁铁插入孔834c之间设有内侧桥接部836c，在第一磁铁插入孔832c和转子830的外周面830A之间设有第一外侧桥接部837c1，在第二磁铁插入孔834c和转子830的外周面830A之间设有第二外侧桥接部837c2。在第一磁铁插入孔832c(第二磁铁插入孔834c)中，插入了第一永久磁铁833c(第二永久磁铁835c)，该第一永久磁铁833c(第二永久磁铁835c)具有与第一磁铁插入孔832c(第二磁铁插入孔834c)的截面形状对应的截面形状。

在以往的永磁式电动机中，对与轴向垂直的截面进行观察时，在主磁极部c形成的第一磁铁插入孔832c(第二磁铁插入孔834c)的外侧的壁832c1(834c1)和内侧的壁832c2(834c2)形成为以d轴上的公共的中心点c811为中心的圆弧形状。即，外侧的壁832c1和834c1形成为以d轴上的中心点c811为中心的半径为[R811]的圆弧形状，内侧的壁832c2和834c2形成为以d轴上的中心点c811为中心的半径为[R812]的圆弧形状。

在这样的永磁式电动机中，在使用比稀土类磁铁磁通密度低的铁氧体磁铁的情况下，与具有第一磁铁插入孔以及第二磁铁插入孔，并且该第一磁铁插入孔以及第二磁铁插入孔从与轴向垂直的方向观察到的截面的形状是长方形形状的情况相比，外侧的壁832c1以及834c1的长度变长。由此，能够加长在第一磁铁插入孔832c(第二磁铁插入孔834c)中插入的第一永久磁铁833c(第二永久磁铁835c)的外侧的面的长度，增加磁通量。然而，在第一磁铁插入孔832c的外侧的壁832c1和第二磁铁插入孔834c的外侧的壁834c1形成为以公共的中心点c811为中心的圆弧形状的情况下，加长外侧的壁832c1以及834c1的长度受到限制。因此，不能够得到与使用磁通密度高的稀土类磁铁的情况相同的效率。

在本实施例中，为了加长在主磁极部形成的第一磁铁插入孔以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的长度，将第一磁铁插入孔以及第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为以不同中心点为中心的圆弧形状。

参照图4，对本实施例的磁铁插入孔以及永久磁铁的结构进行说明。另外，在主磁极部a～d形成的第一磁铁插入孔32a～32d以及第二磁铁插入孔34a～34d是相同的结构，此外，分别插入到第一磁铁插入孔32a～32d以及第二磁铁插入孔34a～34d的第一永久磁铁33a～33d以及第二永久磁铁35a～35d是相同的结构。因此，下面，对在主磁极部c形成的第一磁铁插入孔32c以及第二磁铁插入孔34c和分别插入到第一磁铁插入孔32c以及第二磁铁插入孔34c中的第一永久磁铁33c以及第二永久磁铁35c进行说明。

对与轴向垂直的截面进行观察时，第一磁铁插入孔32c的外侧的壁32c1和内侧的壁32c2形成为以中心点c11为中心的圆弧形状。即，外侧的壁32c1形成为朝向外方向呈凹状的形状(is recessed in the radially outward direction)，即形成为以中心点c11为中心的半径为[R11]的圆弧形状，内侧的壁32c2形成为向内方向(中心方向)突出的形状(bulge in the radially inward direction)，即形成为以中心点c11为中心的半径为[R12]的圆弧形状。此外，第二磁铁插入孔34c的外侧的壁34c1和内侧的壁34c2形成为以中心点c21为中心的圆弧形状。即，外侧的壁34c1形成为朝向外方向呈凹状的形状，即形成为以中心点c21为中心的半径为[R21]的圆弧形状，内壁34c2形成为向内方向突出的形状，形成为以中心点c21为中心的半径为[R22]的圆弧形状。

而且，对与轴向垂直的截面进行观察时，插入第一磁铁插入孔32c(第二磁铁插入孔34c)中的第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)具有外侧的面、内侧的面、外侧端面、内侧端面，该外侧的面、内侧的面、外侧端面、内侧端面分别形成为与第一磁铁插入孔32c(第二磁铁插入孔34c)的外侧的壁32c1(34c1)、内侧的壁32c2(34c2)、外侧端壁32c3(34c3)、内侧端壁32c4(34c4)对应的形状。即，在第一永久磁铁33c被插入第一磁铁插入孔32c的状态下进行观察时，第一永久磁铁33c具有外侧的面和内侧的面，所述内侧的面形成为朝向外方向呈凹状的形状，即形成为以中心点c11为中心的圆弧形状，所述内侧的面形成为向内方向突出的形状，即形成为以中心点c11为中心的圆弧形状。此外，在第二永久磁铁35c被插入第二磁铁插入孔34c的状态下进行观察时，第二永久磁铁35c具有外侧的面和内侧的面，所述内侧的面形成为朝向外方向呈凹状的形状，即，形成为以中心点c21为中心的圆弧形状，所述内侧的面形成为向内方向突出的形状，即形成为以中心点c21为中心的圆弧形状。

中心点c11和c12、半径[R11]、[R12]、[R21]、[R22]对应于转子30的大小(直径或者半径)、永久磁铁的特性和厚度，内侧桥接部36c、第一外侧桥接部37c1以及第二外侧桥接部37c2的宽度、所期望的效率等来进行设定。在本实施例中，半径[R11]和半径[R21]设定为相等，半径[R12]和半径[R22]设定为相等。即，第一磁铁插入孔32c和第二磁铁插入孔34c、第一永久磁铁33c和第二永久磁铁35c形成为圆弧形(弓形(bow shape))。另外，在本说明书中，所述“圆弧形状”包括大概是圆弧形状的情况。

在本实施例中，内侧桥接部36a～36d与本发明的“内侧桥接部”对应，第一外侧桥接部37a1～37d1与本发明的“第一外侧桥接部”对应，第二外侧桥接部37a2～37d2与本发明的“第二外侧桥接部”对应，中心点c11与本发明的“第一曲率中心点”对应，中心点c21与本发明的“第二曲率中心点”对应。

这样，在本实施例中，对与轴向垂直的截面进行观察时，第一磁铁插入孔的外侧的壁以及内侧的壁和第二磁铁插入孔的外侧的壁以及内侧的壁形成为以不同中心点为中心的圆弧形状。由此，对与轴向垂直的截面进行观察时，与第一磁铁插入孔的外侧的壁以及内侧的壁、第二磁铁插入孔的外侧的壁以及内侧的壁形成为以d轴上的公共的中心点为中心的圆弧形状的以往例相比，能够加长第一磁铁插入孔的外侧的壁以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的长度。即，能够加长插入第一磁铁插入孔中的第一永久磁铁的与第一磁铁插入孔的外侧的壁对应的外侧的面的长度、插入第二磁铁插入孔中的第二永久磁铁的与第二磁铁插入孔的外侧的壁(外壁)对应的外侧的面(外面)的长度。从而，能够增加磁通量，提高效率。

在上述的结构的转子中，由插入第一磁铁插入孔32a～32d中的第一永久磁铁33a～33d产生的磁通，经由内侧桥接部36c～36d和第一外侧桥接部37a1～37d1而被短路，此外，由插入第二磁铁插入孔34a～34d中的第二永久磁铁35a～35d产生的磁通经由内侧桥接部36c～36d和第二外侧桥接部37a2～37d2而被短路。

在此，在以往的永磁式电动机中，如图6所示，第一磁铁插入孔832c以及第二磁铁插入孔834c的外侧的壁、插入第一磁铁插入孔832c中的永久磁铁833c以及插入第二磁铁插入孔834c中的第二永久磁铁835c的外侧的面(与磁铁插入孔的外侧的壁相对的面)，形成为与转子830的外周面平行(包括大致平行)。此外，第一永久磁铁833c以及第二永久磁铁835c的磁取向方向向d轴上的公共的取向中心点c811会聚(辐射取向)。因此，如图6所示，由第一磁铁插入孔832c的外侧的壁832c1的中心一侧的部分(第一永久磁铁833c的被磁化为N极的外侧的面的中心一侧(第二磁铁插入孔834c侧)的部分)产生的磁通，经由内侧桥接部836c，流通到第一磁铁插入孔832c的内侧的壁832c2的中心一侧的部分(第一永久磁铁833c的被磁化为S极的内侧的面的中心一侧(第二磁铁插入孔834c侧)的部分)而被短路。或者，由第一磁铁插入孔832c的外侧的壁832c1的外周面一侧的部分(第一永久磁铁833c的被磁化成N极的外侧的面的外周面830A侧的部分)产生的磁通，经由第一外侧桥接部837c1，并流通到第一磁铁插入孔832c的内侧的壁832c2的外周面一侧的部分(第一永久磁铁833c的被磁化为S极的内侧的面的外周面830A侧的部分)而被短路。第二外侧桥接部837c2也是同样。

若磁通(短路磁通(short-circuit flux))从第一磁铁插入孔832c以及第二磁铁插入孔834c的外壁经由内侧桥接部836c、第一外侧桥接部837c1以及第二外侧桥接部837c2向内壁(或者，从内壁向外壁)流通，则在主磁极部c和定子20的齿22之间流通的磁通量(amount of magnetic flux)(有效磁通量(effectiveamount of magnetic flux))减少，效率降低。

在本实施例中，为了减少在第一磁铁插入孔以及第二磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁之间流通的磁通(短路磁通)并增加有效磁通量，第一永久磁铁以及第二永久磁铁的磁取向方向在中央部和端部是不同的。

参照图3～图5，对本实施例的永久磁铁的磁取向方向进行说明。另外，图3是表示本实施例的磁通的流通的图，图4是说明第一以及第二永久磁铁的磁取向方向的图，图5是说明经由内侧桥接部而流通的磁通(短路磁通)的图。

由于第一永久磁铁33a～33d以及第二永久磁铁35a～35d的磁取向方向是相同的，下面，使用表示在与轴向垂直的方向观察到的截面图的图4，说明在主磁极部c的第一磁铁插入孔32c中插入的第一永久磁铁33c以及在第二磁铁插入孔34c中插入的第二永久磁铁35c的磁取向方向。对与轴向垂直的截面进行观察时，第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)被磁化(magnetized)，使得与第一磁铁插入孔32c(第二磁铁插入孔34c)的外侧的壁32c1(34c1)相对的外侧的面和与内侧的壁32c2(34c2)相对的内侧的面中的一个为N极，另一个为S极。下面，对与轴向垂直的截面进行观察时，第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的“中央部”以及“端部”是表示沿着第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的外侧的面的“中央部”以及“端部”。

第一永久磁铁33c的中央部的磁取向方向33A向中央部取向中心点c11会聚，所述中央部取向中心点c11配置在第一永久磁铁33c的外侧的面的外侧的位置(direction 33A of the magnetic orientation at the center portion of the firstpermanent magnet 33c converges on the center point c11 of the orientation of thecenter portion)。即，在第一永久磁铁33c的中央部(center portion)，表示中央部的磁取向方向33A的线(图4中用实线表示)设定为通过第一永久磁铁33c的中央部取向中心点c11。此外，第一永久磁铁33c的端部磁取向方向33C(direction 33C of the magnetic orientation at the end portion of the first permanentmagnet)向第一永久磁铁33c的端部取向中心点c13会聚，所述端部取向中心点c13配置在比第一永久磁铁33c的中央部取向中心点c11更远的位置。即，在第一永久磁铁33c的端部，表示端部磁取向方向33C的线(图4中用双点划线表示)设定为通过第一永久磁铁33c的端部取向中心点c13。而且，第一永久磁铁33c的中央部和端部之间的中间部的磁取向方向33B(direction 33B of themagnetic orientation at the middle portion between the center portion and the endportion of the first permanent magnet)向配置在第一永久磁铁33c的中央部取向中心点c11和端部取向中心点c13之间的中间部取向中心点c12会聚。即，在第一永久磁铁33c的中间部，表示中间部磁取向方向33B的线(图4中用虚线表示)设定为通过第一永久磁铁33c的中间部取向中心点c12。

同样地，第二永久磁铁35c的中央部的磁取向方向35A向中央部取向中心点c21会聚，所述中央部取向中心点c21配置在比第二永久磁铁35c的外侧的面更外侧的位置。即，在第二永久磁铁35c的中央部，表示中央部的磁取向方向35A的线(图4中用实线表示)设定为通过第二永久磁铁35c的中央部取向中心点c21。此外，第二永久磁铁35c的端部的磁取向方向35C向配置在比中央部取向中心点c21更远位置的端部取向中心点c23会聚。即，在第二永久磁铁35c的端部，表示端部的磁取向方向35C的线(图4中用双点划线表示)设定为通过第二永久磁铁35c的端部取向中心点c23。而且，在第二永久磁铁35c的中央部和端部之间的中间部的磁取向方向35B向配置在中央部取向中心点c21和端部取向中心点c23之间的中间部取向中心点c22会聚。即，在第二永久磁铁的中间部，表示中间部的磁取向方向35B的线(图4中用虚线表示)设定为通过第二永久磁铁的中间部取向中心点c22。

另外，第一永久磁铁33a～33d(第二永久磁铁35a～35d)被磁化，使得磁取向方向33A～33C(35A～35C)的一侧为N极，另一侧为S极。

在本实施方式中，磁取向方向33A与本发明的“第一永久磁铁的中央部的磁取向方向”对应，中央部取向中心点c11与本发明的“第一永久磁铁的中央部取向中心点”对应，磁取向方向33C与本发明的“第一永久磁铁的端部的磁取向方向”对应，端部取向中心点c13与本发明的“第一永久磁铁的端部取向中心点”对应，磁取向方向35A与本发明的“第二永久磁铁的中央部的磁取向方向”对应，中央部取向中心点c21与本发明的“第二永久磁铁的中央部取向中心点”对应，磁取向方向35C与本发明的“第二永久磁铁的端部的磁取向方向”对应，端部取向中心点c23与本发明的“第二永久磁铁的端部取向中心点”对应。

在此，第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的中间部取向中心点c12(c22)、端部取向中心点c13(c23)设定在比第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的中央部取向中心点c11(c21)更远的位置即可，但如图5所示，优选设定在连接第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的外侧的面的中心点(周向中心点)c32(c34)和中央部取向中心点c11(c21)的线c1(c2)(图4以及图5中用点划线表示)上。设定在线c1(c2)上的情况，包括大概设定在线c1(c2)上的情况。

此外，第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的端部的磁取向方向33C(35C)也可以向配置在无限远的端部取向中心点c13(c23)会聚。即，在本实施例中，“第一永久磁铁(第二永久磁铁)的端部取向中心点”包括配置在无限远的取向中心点。在该情况下，例如，第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的端部的磁取向方向33C(35C)与连接第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的外侧的面的中心点(周向中心点)c32(c34)和中央部取向中心点c11(c21)的线c1(c2)平行(包括大致平行)。

另外，第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的中间部的磁取向方向33B(35B)也可以向中间部取向中心点c12(c22)会聚，该中间部取向中心点c12(c22)连续地或分阶地配置在从第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的中央部取向中心点c11(c21)到端部取向中心点c13(c23)之间。即，可以在从第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的中央部的取向方向33A(35A)到端部的取向方向33C(35C)之间，连续地或者分阶地变化。此外，第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的磁取向方向也可以仅是中央部的磁取向方向33A(35A)和端部的磁取向方向33C(35C)。

此外，在图4中，将第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的中央部取向中心点配置在了第一磁铁插入孔32c(第二磁铁插入孔34c)的外侧的壁32c1(34c1)的曲率中心点c11(c21)上，但也能够将第一永久磁铁33c(第二永久磁铁35c)的中央部取向中心点配置在适当的位置上。

如上所述，在本实施例中，在第一磁铁插入孔32a～32d中插入的第一永久磁铁33a～33d(在第二磁铁插入孔34a～34d中插入的第二永久磁铁35a～35d)的中央部的磁取向方向33A(35A)向中央部取向中心点c11(c21)会聚。由此，能够使气隙磁通密度分布(air-gap magnetic flux density distribution)接近正弦波形状(sinusoidal waveform shape)，能够抑制由齿槽转矩(cogging torque)产生的振动(vibration)和噪音(noise)。

此外，在第一磁铁插入孔32a～32d中插入的第一永久磁铁33a～33d(在第二磁铁插入孔34a～34d中插入的第二永久磁铁35a～35d)的端部的磁取向方向33C(35C)向配置在比中央部取向中心点c11(c21)更远(包含无限远)的端部取向中心点c13(c23)会聚。由此，如图5所示，磁通经由内侧桥接部36c，在第一磁铁插入孔32c的内侧端壁32c4(第一永久磁铁33c的被磁化为N极的内侧端面)和第一磁铁插入孔32c的内侧端壁32c2(第一永久磁铁33c的被磁化为S极的内侧端面)之间流通，但在第一磁铁插入孔32c的外侧的壁32c1(第一永久磁铁33c的被磁化为N极的外侧的面)和第一磁铁插入孔32c的内侧的壁32c2(第一永久磁铁33c的被磁化为S极的内侧端面)之间，磁通(短路磁通)变得很难流通。此外，磁通(短路磁通)经由内侧桥接部36c，在第二磁铁插入孔34c的内侧端壁34c4(第二永久磁铁35c的被磁化为N极的内侧端面)和第二磁铁插入孔34c的内侧的壁34c2(第二永久磁铁35c的被磁化为S极的内侧的面)之间流通，但在第二磁铁插入孔34c的外侧的壁34c1(第二永久磁铁35c的被磁化为N极的外侧的面)和第二磁铁插入孔34c的内侧的壁34c2(第二永久磁铁35c的被磁化为S极的内侧的面)之间，磁通(短路磁通)变得很难流通。同样地，如图3所示，磁通(短路磁通)很难经由第一以及第二外侧桥接部37a1～37d1以及37a2～37d2，在第一以及第二磁铁插入孔32a～32d及34a～34d的外侧的壁32a1～32d1及34a1～34d1(第一永久磁铁33a～33d以及第二永久磁铁35a～35d的外侧的面)和第一磁铁插入孔32a～32d以及第二永久磁铁34a～34d的内侧的壁32a2～32d2及34a2～34d2(第一永久磁铁33a～33d以及第二永久磁铁35a～35d的内侧的面)之间流通。

因此，能够防止在主磁极部a～d和定子20的齿22之间流通的磁通量(有效磁通量)的減少，从而能够提高效率。

在第一实施例中，对在各主磁极部a～d仅设置一组第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔的组(第一永久磁铁和第二永久磁铁的组)的单层结构(single-layerstructure)的永磁式电动机进行了说明，但本发明也能够构成为多层结构(multi-layer structure)的永磁式电动机。下面，对构成为多层结构的永磁式电动机的第二实施例进行说明。

第二实施例的永磁式电动机由如图1所示的第一实施例的定子20和如图7所示的转子130构成。本实施例构成为两层结构的永磁式电动机。

在本实施例中，与第一实施例相同，转子130(转子铁芯131)的外周面由第一曲线部分130a～130d和第二曲线部分130ab～130da交替连接而构成。第一曲线部分130a～130d形成为以d轴上的转子130的中心点O为中心的半径为[Rd]的圆弧形状。第二曲线部分130ab～130da形成为以中心点(Pbc，Pcd)为中心的半径为[Rq]的圆弧形状，所述中心点(Pbc，Pcd)为q轴上的向相反方向偏离了转子130的中心点O的点。

在转子130(转子铁芯131)中，在各主磁极部a～d上设有第一层的磁铁插入孔，该第一层的磁铁插入孔是由第一层的第一磁铁插入孔142a～142d和第一层的第二磁铁插入孔144a～144d的组构成。此外，在比第一层的磁铁插入孔更靠近中心一侧的位置设有第二层的磁铁插入孔，该第二层的磁铁插入孔由第二层的第一磁铁插入孔146a～146d和第二层的第二磁铁插入孔148a～148d构成。在各磁铁插入孔中，分别插入第一层的第一永久磁铁143a～143d、第一层的第二永久磁铁145a～145d、第二层的第一永久磁铁147a～147d、第二层的第二永久磁铁149a～149d。在第一层的第一磁铁插入孔142a～142d和第一层的第二磁铁插入孔144a～144d之间设有第一层的内侧桥接部136a1～136d1，在第一层的第一磁铁插入孔142a～142d和转子130的外周面之间设有第一层的第一外侧桥接部137a1～137d1，在第一层的第二磁铁插入孔144a～144d和转子130的外周面之间设有第一层的第二外侧桥接部137a2～137d2。在第二层的第一磁铁插入孔146a～146d和第二层的第二磁铁插入孔148a～148d之间设有第二层的内侧桥接部136a2～136d2，在第二层的第一磁铁插入孔146a～146d和转子130的外周面之间设有第二层的第一外侧桥接部137a3～137d3，在第二层的第二磁铁插入孔148a～148d和转子130的外周面之间设有第二层的第二外侧桥接部137a4～137d4。

各磁铁插入孔与第一实施例相同，由外侧的壁、内侧的壁、外侧端壁、内侧端壁形成。此外，各永久磁铁具有外侧的面、内侧的面、外侧端面、内侧端面，所述外侧的面、内侧的面、外侧端面、内侧端面形成为与磁铁插入孔的外侧的壁、内侧的壁、外侧端壁、内侧端壁对应的形状。

在本实施例中，各层的第一磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁形成为以第一曲率中心点为中心的圆弧形状，各层的第二磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁形成为以与第一曲率中心点不同的第二曲率中心点为中心的圆弧形状。即，如图7所示，第一层的第一磁铁插入孔142c的外侧的壁和内侧的壁以及第二层的第一磁铁插入孔146c的外侧的壁和内侧的壁分别形成为以第一曲率中心点c111为中心的半径为[R111]、[R112]、[R113]、[R114]的圆弧形状，所述第一层的第一磁铁插入孔142c的外侧的壁和内侧的壁以及第二层的第一磁铁插入孔146c的外侧的壁和内侧的壁设置在主磁极部c上。此外，第一层的第二磁铁插入孔144c的外侧的壁和内侧的壁以及第二层的第二磁铁插入孔148c的外侧的壁和内侧的壁形成为分别以第二曲率中心点c121为中心的半径为[R121]、[R122]、[R123]、[R124]的圆弧形状，所述第一层的第二磁铁插入孔144c的外侧的壁和内侧的壁以及第二层的第二磁铁插入孔148c的外侧的壁和内侧的壁设置在主磁极部c上。

另外，也能够将各永久磁铁的磁取向方向像第一实施例那样进行设定。此外，也能够构成为三层以上的多层结构。

在本实施例中，由于采用了多层结构，能够利用在层间流通的磁通所产生的磁阻转矩，从而能够提高效率。此外，由于采用多层结构，能够防止在主磁极部a～d和辅助磁极部ab～da的转换部分(连接点的部分)通过定子的齿的位置时，流通过齿的磁通量产生急剧变化。

此外，与第一实施例相同，由于能够加长在外周侧设置的磁铁插入孔(图7中的第一层的第一磁铁插入孔142a～142d以及第二磁铁插入孔144a～144d)的外侧的壁的长度，因此能够增加磁通量。

此外，在如第一实施例那样地设定永久磁铁的磁取向方向的情况下，能够减少经由内侧桥接部、第一外侧桥接部以及第二外侧桥接部而流通的短路磁通，能够增加有效磁通量。

此外，由于外周面由曲率半径不同的第一曲线部分和第二曲线部分构成，因此具有与第一实施例相同的效果。

从而，通过使用本实施例，与第一实施例相同，即使是使用比稀土类磁铁的磁通密度低的铁氧体磁铁等的情况，也能够得到具有与使用稀土类磁铁的情况相同的效率的永磁式电动机。

作为转子的外周面由曲率半径不同的第一曲线部分和第二曲线部分构成的方法，并不仅限定于第一实施例以及第二实施例的方法。下面，对本发明的第三实施例进行说明。

第三实施例由图1所示的第一实施例的定子20和图8所示的转子230构成。转子230仅是其外周面与第一实施例的转子30不同，其他的结构与第一实施例相同。

在本实施例中，与主磁极部a～d对应的第一曲线部分230a～230d形成为以转子230(转子铁芯231)的中心点O为中心的半径为[R1]的圆弧形状，与辅助磁极部ab～da对应的第二曲线部分230ab～230da形成为以转子230(转子铁芯231)的中心点O为中心的半径为[R2(<R1)]的圆弧形状。

若从插入磁铁插入孔中的永久磁铁产生的磁通经由定子的齿而被短路，则流通过齿的磁通产生变动，从而产生齿槽转矩。一旦产生齿槽转矩，就会产生噪音和振动。下面，对能够防止从永久磁铁产生的磁通经由定子的齿而被短路的第四实施例进行说明。

第四实施例由图1所示的第一实施例的定子20和图9所示的转子330构成。转子330除了在第一以及第二外侧桥接部形成了切口部(recess)这一点之外，其他结构与第一实施例的转子30相同。

在本实施例中，转子330的外周面由与主磁极部a～d对应的第一曲线部分330a～330d和与辅助磁极部ab～da对应的第二曲线部分330ab～330da构成。

此外，在转子330上，形成有第一磁铁插入孔332a～332d以及第二磁铁插入孔334a～334d。在第一磁铁插入孔332a～332d和第二磁铁插入孔334a～334d之间设有内侧桥接部336a～336d，在第一磁铁插入孔332a～332d和转子330(转子铁芯331)的外周面(图9中的第二曲线部分330ab～330da)之间设有第一外侧桥接部337a1～337d1，在第二磁铁插入孔334a～334d和转子330(转子铁芯331)之间设有第二外侧桥接部337a2～337d2。

另外，在本实施例中，在第一外侧桥接部337a1～337d1(第二外侧桥接部337a2～337d2)，在与第一磁铁插入孔332a～332d(第二磁铁插入孔334a～334d)的外侧端壁相对的位置上形成有切口部331a1～331d1(331a2～331d2)。通过从沿着第二曲线部分330ab～330da的线(用虚线表示的假想线)向中心一侧切去，切口部331a1～331d1以及331a2～331d2形成为朝向外方向呈凹状的形状。

切口部331a1～331d1以及331a2～331d2的周向的长度设定为定子的齿22的基部22a的宽度以上，优选设定为齿22的齿顶面22d的周向的长度以上。

在第四实施例中，在第一以及第二外侧桥接部形成了切口部，但也能够形成孔(hole)。图10表示了在第一以及第二外侧桥接部形成了孔的第五实施例。

第五实施例由图1所示的第一实施例的定子20和图10所示的转子430构成。转子430除了在第一以及第二外侧桥接部形成了孔这一点之外，其他的结构与第一实施例的转子30相同。

在本实施例中，在第一外侧桥接部437a1～437d1(第二外侧桥接部437a2～437d2)，在与第一磁铁插入孔432a～432d(第二磁铁插入孔434a～434d)的外周面一侧的壁相对的位置上形成有孔431a1～431d1(431a2～431d2)。孔431a1～431d1以及431a2～431d2可以是空隙(aperture)，也可以填充非磁性材料(may be filled with non-magnetic material)。

孔431a1～431d1以及431a2～431d2的周向的长度设定为定子的齿22的基部22a的宽度以上，优选设定为齿22的齿顶面22d的周向的长度以上。

在第四实施例以及第五实施例中，能够防止从插入第一以及第二磁铁插入孔中的第一以及第二永久磁铁产生的磁通经由定子的齿而被短路。由此，能够增加有效磁通量，从而能够提高效率。

此外，由于磁阻转矩的变动的减少而转矩波动(torque variation)减少，或者，由于在永久磁铁的端部的短路磁通量的减少而在转子和定子之间的辐射方向的磁气吸引力(radial power of absorption)减少，从而能够降低噪音和振动。

在以上的实施例中，利用了通过加长磁铁插入孔的外侧的壁的长度而增加在主磁极部和定子的齿之间流通的磁通量的结构(将第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为以不同的曲率中心点为中心的圆弧形状)，防止流通过定子的齿的磁通量的急剧变化的结构(连接具有不同曲率半径的第一以及第二曲线部分来形成转子的外周面)，减少经由内侧桥接部、第一外侧桥接部以及第二外侧桥接部而流通的短路磁通的量的结构(使第一以及第二永久磁铁的磁取向方向在中央部和端部不同)，从而提高了效率，但也能够利用这些结构中的某一个或者适当选择的多个的结构来提高效率。例如，能够利用减少经由内侧桥接部、第一外侧桥接部以及第二外侧桥接部而流通的短路磁通的量的结构来提高效率。

图11表示了转子的外周面形成为圆形形状的第六实施例。第六实施例由图1所示的第一实施例的定子20和图11所示的转子530构成。转子530除了外周面的形状与第一实施例的转子30不同之外，其他的结构与第一实施例相同。

在本实施例中，对与轴向垂直的截面进行观察时，转子530(转子铁芯531)的外周面530A形成为以转子530(转子铁芯531)的中心点O为中心的圆形形状。在主磁极部a～d上，形成有第一磁铁插入孔532a～532d以及第二磁铁插入孔534a～534d。而且，与第一实施例相同，例如，第一磁铁插入孔532c的外侧的壁532c1以及内侧的壁532c2形成为以第一曲率中心点c511为中心的圆弧形状，第二磁铁插入孔534c的外侧的壁534c1以及内侧的壁534c2形成为以与第一曲率中心点c511不同的第二曲率中心点c521为中心的圆弧形状。此外，第一永久磁铁533a～533d(第二永久磁铁535a～535d)的中央部的磁取向方向向第一永久磁铁的中央部取向中心点c511(第二永久磁铁的中央部磁取向中心点c521)会聚，端部的磁取向方向向第一永久磁铁的端部取向中心点(第二永久磁铁的端部取向中心点)会聚，所述第一永久磁铁的端部取向中心点(第二永久磁铁的端部取向中心点)配置在比第一永久磁铁的中央部取向中心点c511(第二永久磁铁的中央部磁取向中心点c521)更远的位置(图4参照)。

在第六实施例中，由于能够减少经由内侧桥接部536a～536d、第一外侧桥接部537a1～537d1以及第二外侧桥接部537a2～537d2而流通的磁通(短路磁通)，从而能够提高效率。此外，由于能够加长第一磁铁插入孔532a～532d的外侧的壁532a1～532d1(第一永久磁铁533a～533d的外侧的面)以及第二磁铁插入孔534a～534d的外侧的壁534a1～5345d1(第二永久磁铁535a～535d的外侧的面)的长度，因此能够增加磁通量。由此，能够提高效率。

图12表示了将转子的外周面形成为圆形形状，并且将第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁以及内侧的壁形成为以公共的中心点为中心的圆弧形状的第七实施例。第七实施例由图1所示的第一实施例的定子20和图12所示的转子630构成。在转子630中，第一磁铁插入孔以及第二磁铁插入孔的外侧的壁以及内侧的壁的圆弧形状的中心点的位置、第一永久磁铁以及第二永久磁铁的外侧的面以及内侧的面的圆弧形状的中心点的位置与第六的实施例不同。

在本实施例中，对与轴向垂直的截面进行观察时，转子630(转子铁芯631)的外周面630A形成为以转子630(转子铁芯631)的中心点O为中心的圆形形状。在主磁极部a～d上，形成有插入第一永久磁铁633a～633d的第一磁铁插入孔632a～632d以及插入第二永久磁铁635a～635d的第二磁铁插入孔634a～634d。

而且，第一磁铁插入孔632a～632d以及第二磁铁插入孔634a～634d的外侧的壁632a1～632d1以及内侧的壁632a2～632d2、第一永久磁铁633a～633d以及第二永久磁铁635a～635d的外侧的面以及内侧的面形成为以公共的中心点为中心的圆弧形状。例如，在主磁极部c设置的第一磁铁插入孔632c的外侧的壁632c1以及内侧的壁632c2(图示省略)形成为以主磁极部c的d轴上的中心点c611为中心的半径为[R611]及[R612]的圆弧形状。此外，在第一永久磁铁633c插入第一磁铁插入孔632c的状态下，对与轴向垂直的截面进行观察时，第一永久磁铁633c的外侧的面以及内侧的面形成为以配置在外侧的面的外侧的第一中心点c611为中心的圆弧形状。同样地，在主磁极部c设置的第二磁铁插入孔634c的外侧的壁634c1以及内侧的壁634c2(图示省略)形成为以主磁极部c的d轴上的中心点c621(与c611共用)为中心的半径为[R611]及[R612]的圆弧形状。此外，在第二永久磁铁635c插入第二磁铁插入孔634c中的状态下，对与轴向垂直的截面进行观察时，第二永久磁铁635c的外侧的面以及内侧的面形成为以配置在外侧的面的外侧的第一中心点c621(与c611共用)为中心的圆弧形状。

第一永久磁铁633a～633d(第二永久磁铁635a～635d)的磁取向方向在中央部和端部不同。例如，在主磁极部c设置的第一磁铁插入孔632c中插入的第一永久磁铁633c的中央部的磁取向方向向第一永久磁铁的中央部取向中心点c611会聚(图12中用实线表示)，所述中央部取向中心点c611配置在第一永久磁铁633c的外侧的面的外侧。此外，第一永久磁铁633c的端部的磁取向方向向第一永久磁铁的端部取向中心点c613会聚(图12中用双点划线表示)，所述端部取向中心点c613配置在比中央部取向中心点c611更远的位置。而且，第一永久磁铁633c的中央部和端部之间的中间部的磁取向方向向第一永久磁铁的中间部取向中心点c612会聚(图12中用虚线表示)，所述中间部取向中心点c612配置在中央部取向中心点c611和端部取向中心点c613之间。第二永久磁铁635c的中央部的磁取向方向向第二永久磁铁的中央部取向中心点c621(与c611共用)会聚(图12中用实线表示)，所述中央部取向中心点c621(与c611共用)配置在第二永久磁铁635c的外侧的面的外侧。此外，第二永久磁铁635c的端部的磁取向方向向第二永久磁铁的端部取向中心点c623会聚(图12中用双点划线表示)，所述端部取向中心点c623配置在比中央部取向中心点c621更远的位置。而且，第二永久磁铁635c的中央部和端部之间的中间部的磁取向方向向第二永久磁铁的中间部取向中心点c622会聚(图12中用虚线表示)，所述中间部取向中心点c622配置在中央部取向中心点c621和端部取向中心点c623之间。

第一永久磁铁633a～633d以及第二永久磁铁635a～635d的磁取向方向如第一实施例所说明的那样能够进行多种变更。例如，能够将第一永久磁铁633c(第二永久磁铁635c)的端部磁取向中心点设定为无限远的取向中心点。例如，第一永久磁铁633c(第二永久磁铁635c)的端部的磁取向方向设定为与连接第一永久磁铁633c(第二永久磁铁635c)的外侧的面的中心点(周向中心点)和中央部取向中心点c611(c621)的线c1(c2)(图12中用点划线表示)平行。

在第七实施例中，能够减少经由中间桥接部636a～636d、第一外侧桥接部637a1～637d1以及第二外侧桥接部637a2～637d2而流通的磁通(短路磁通)。由此，能够提高效率。

本发明不仅限定于实施例的结构，可以进行多种的变更、追加、删除。

作为第一以及第二永久磁铁，使用了具有外侧的面以及内侧的面的永久磁铁，并且所述外侧的面以及内侧的面形成为与第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁以及内侧的壁的形状对应的形状，但是，只要具有外侧的面，并且外侧的面形成为与第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁的形状对应的形状的永久磁铁即可。另外，第一以及第二磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁、第一以及第二永久磁铁的外侧的面和内侧的面的形状不仅限定为圆弧形状。例如，也可以是直线形状。

用实施例说明的各结构可以单独使用，也可以组合适当选择的多个来使用。在该情况下，能够适当地选择下述结构来使用：由第一曲线部分和第二曲线部分来形成转子的外周面的结构；将第一磁铁插入孔以及第二磁铁插入孔(第一永久磁铁以及第二永久磁铁)形成为以公共的中心点或者不同中心点为中心的圆弧形状(弓形状)的结构等。此外，能够省略将永久磁铁的端部的磁取向方设定为沿着通过取向中心点的线的结构，所述取向中心点是比中央部的取向中心点更远的端部的取向中心点。

此外，也能够省略在外侧桥接部，在与磁铁插入孔的外侧的壁相对的位置形成切口部或孔的结构。

本发明并不仅限定于永磁式电动机，也可以构成各种结构的永磁式旋转机械。

Claims (19)

1.一种永磁式旋转机械，具有定子和转子，在所述转子上，在对与轴向垂直的截面观察时，在周向上交替配置有主磁极部和辅助磁极部，在所述主磁极部设有磁铁插入孔，在所述磁铁插入孔中插入有永久磁铁，其特征在于，

在对与轴向垂直的截面观察时，所述转子的外周面包括第一曲线部分和第二曲线部分，所述第一曲线部分与所述主磁极部的d轴线相交，并且该第一曲线部分的突部朝向外方向，所述第二曲线部分与所述辅助磁极部的q轴线相交，并且该第二曲线部分的突部朝向外方向，此外，所述第二曲线形状的曲率半径被设定为比所述第一曲线形状的曲率半径大，

在所述主磁极部形成有第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔，在该第一磁铁插入孔和该第二磁铁插入孔之间设有内侧桥接部，在该第一磁铁插入孔和所述转子的外周面之间设有第一外侧桥接部，在该第二磁铁插入孔和所述转子的外周面之间设有第二外侧桥接部，此外，所述第一磁铁插入孔的外侧的壁形成为以第一曲率中心点为中心的圆弧形状，所述第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为以与所述第一曲率中心点不同的第二曲率中心点为中心的圆弧形状。

2.如权利要求1所述的永磁式旋转机械，其特征在于，所述第一曲线部分形成为以d轴上的曲率中心点为中心的圆弧形状，所述第二曲线部分形成为以q轴上的曲率中心点为中心的圆弧形状。

3.如权利要求2所述的永磁式旋转机械，其特征在于，所述第一曲线部分形成为以所述转子的中心点为曲率中心点的圆弧形状，所述第二曲线部分形成为以从所述转子的中心点向着与该第二曲线部分相反的方向偏离的点为曲率中心点的圆弧形状。

4.如权利要求1～3中任一项所述的永磁式旋转机械，其特征在于，所述第一磁铁插入孔的外侧的壁的曲率半径和所述第二磁铁插入孔的外侧的壁的曲率半径设定为相等。

5.如权利要求1～4中任一项所述的永磁式旋转机械，其特征在于，所述第一磁铁插入孔的内侧的壁形成为以所述第一曲率中心点为中心的圆弧形状，所述第二磁铁插入孔的内侧的壁形成为以所述第二曲率中心点为中心的圆弧形状。

6.如权利要求5所述的永磁式旋转机械，其特征在于，所述第一磁铁插入孔的内侧的壁的曲率半径和所述第二磁铁插入孔的内侧的壁的曲率半径设定为相等。

7.如权利要求1～6中任一项所述的永磁式旋转机械，其特征在于，在所述主磁极部多层设置第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔的组。

8.如权利要求7所述的永磁式旋转机械，其特征在于，各层的第一磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁形成为以所述第一曲率中心点为中心的圆弧形状，各层的第二磁铁插入孔的外侧的壁和内侧的壁形成为以所述第二曲率中心点为中心的圆弧形状。

9.如权利要求1～8中任一项所述的永磁式旋转机械，其特征在于，

关于用于插入所述第一磁铁插入孔的第一永久磁铁的磁取向方向，在该第一永久磁铁插入所述第一磁铁插入孔中的状态下，在对与轴向垂直的截面观察时，在该第一永久磁铁的中央部，向第一永久磁铁的中央部取向中心点会聚，在该第一永久磁铁的端部，向第一永久磁铁的端部取向中心点会聚；所述第一永久磁铁的中央部取向中心点配置在与所述第一磁铁插入孔的外侧的壁相对的比所述第一永久磁铁的外侧的面更外侧的位置，所述第一永久磁铁的端部取向中心点配置在比所述第一永久磁铁的中央部取向中心点更远的位置，

关于用于插入所述第二磁铁插入孔的第二永久磁铁的磁取向方向，在该第二永久磁铁插入所述第二磁铁插入孔中的状态下，在对与轴向垂直的截面观察时，在该第二永久磁铁的中央部，向第二永久磁铁的中央部取向中心点会聚，在该第二永久磁铁的端部，向第二永久磁铁的端部取向中心点会聚；所述第二永久磁铁的中央部取向中心点配置在与所述第二磁铁插入孔的外侧的壁相对的比所述第二永久磁铁的外侧的面更外侧的位置，所述第二永久磁铁的端部取向中心点配置在比所述第二永久磁铁的中央部取向中心点更远的位置。

10.如权利要求1～9中任一项所述的永磁式旋转机械，其特征在于，在所述第一外侧桥接部以及所述第二外侧桥接部形成有孔或者朝向外方向呈凹状的切口部。

11.一种永磁式旋转机械，具有定子和转子，在所述转子上，在对与轴向垂直的截面观察时，在周向上交替配置有主磁极部和辅助磁极部，在所述主磁极部设有磁铁插入孔，在所述磁铁插入孔中插入有永久磁铁，其特征在于，

在所述主磁极部形成有第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔，在该第一磁铁插入孔和该第二磁铁插入孔之间设有内侧桥接部，在该第一磁铁插入孔和所述转子的外周面之间设有第一外侧桥接部，在该第二磁铁插入孔和所述转子的外周面之间设有第二外侧桥接部，

关于用于插入所述第一磁铁插入孔的第一永久磁铁的磁取向方向，在该第一永久磁铁插入所述第一磁铁插入孔中的状态下，在对与轴向垂直的截面观察时，在该第一永久磁铁的中央部，向第一永久磁铁的中央部取向中心点会聚，在该第一永久磁铁的端部，向第一永久磁铁的端部取向中心点会聚；所述第一永久磁铁的中央部取向中心点配置在与所述第一磁铁插入孔的外侧的壁相对的比所述第一永久磁铁的外侧的面更外侧的位置，所述第一永久磁铁的端部取向中心点配置在比所述第一永久磁铁的中央部取向中心点更远的位置，

关于用于插入所述第二磁铁插入孔的第二永久磁铁的磁取向方向，在该第二永久磁铁插入所述第二磁铁插入孔中的状态下，在对与轴向垂直的截面观察时，在该第二永久磁铁的中央部，向第二永久磁铁的中央部取向中心点会聚，在该第二永久磁铁的端部，向第二永久磁铁的端部取向中心点会聚；所述第二永久磁铁的中央部取向中心点配置在与所述第二磁铁插入孔的外侧的壁相对的比所述第二永久磁铁的外侧的面更外侧的位置，所述第二永久磁铁的端部取向中心点配置在比所述第二永久磁铁的中央部取向中心点更远的位置。

12.如权利要求11所述的永磁式旋转机械，其特征在于，

所述第一磁铁插入孔具有形成为朝向外方向呈凹状的曲线形状的外侧的壁，

所述第一永久磁铁具有形成为与所述第一磁铁插入孔的外侧的壁的曲线形状对应的曲线形状的外侧的面，

所述第二磁铁插入孔具有形成为朝向外方向呈凹状的曲线形状的外侧的壁，

所述第二永久磁铁具有形成为与所述第二磁铁插入孔的外侧的壁的曲线形状对应的曲线形状的外侧的面。

13.如权利要求12所述的永磁式旋转机械，其特征在于，

所述第一磁铁插入孔的外侧的壁形成为圆弧形状，所述第一永久磁铁的外侧的面形成为与所述第一磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状，

所述第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为圆弧形状，所述第二永久磁铁的外侧的面形成为与所述第二磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状。

14.如权利要求11所述的永磁式旋转机械，其特征在于，

所述第一磁铁插入孔具有形成为朝向外方向呈凹状的圆弧形状的外侧的壁和形成为向内方向突出的圆弧形状的内侧的壁，

所述第一永久磁铁具有形成为与所述第一磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状的外侧的面和形成为与所述第一磁铁插入孔的内侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状的内侧的面，

所述第二磁铁插入孔具有形成为朝向外方向呈凹状的圆弧形状的外侧的壁和形成为向内方向突出的圆弧形状的内侧的壁，

所述第二永久磁铁具有形成为与所述第二磁铁插入孔的外侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状的外侧的面和形成为与所述第二磁铁插入孔的内侧的壁的圆弧形状对应的圆弧形状的内侧的面。

15.如权利要求13或14所述的永磁式旋转机械，其特征在于，所述第一磁铁插入孔的外侧的壁形成为以第一曲率中心点为中心的圆弧形状，第二磁铁插入孔的外侧的壁形成为以与第一曲率中心点不同的第二曲率中心点为中心的圆弧形状。

16.如权利要求11～15中任一项所述的永磁式旋转机械，其特征在于，

在对与轴向垂直的截面观察时，所述第一永久磁铁的端部的磁取向方向与连接该第一永久磁铁的外侧的面的周向的中心点和该第一永久磁铁的中央部的取向中心点的线平行，

在对与轴向垂直的截面观察时，所述第二永久磁铁的端部的磁取向方向与平行于连接该第二永久磁铁的外侧的面的周向的中心点和该第二永久磁铁的中央部的取向中心点的线的方向平行。

17.如权利要求11～16中任一项所述的永磁式旋转机械，其特征在于，在所述主磁极部多层设置第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔的组。

18.如权利要求11～17中任一项所述的永磁式旋转机械，其特征在于，

在对与轴向垂直的截面观察时，所述转子的外周面包括第一曲线部分和第二曲线部分，所述第一曲线部分与所述主磁极部的d轴线相交，并且该第一曲线部分的突部朝向外方向，所述第二曲线部分与所述辅助磁极部的q轴线相交，并且该第二曲线部分的突部朝向外方向，此外，所述第二曲线形状的曲率半径设定为比所述第一曲线形状的曲率半径大。

19.如权利要求11～18中任一项所述的永磁式旋转机械，其特征在于，在所述第一外侧桥接部以及所述第二外侧桥接部形成有孔或者朝向外方向呈凹状的切口部。

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