CN105103412A - 永磁同步电机和使用它的压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是在难以有效利用磁阻转矩时也能够实现转矩提高和效率提高。因此，本发明的永磁同步电机包括：具有多个齿和定子线圈的定子；与上述定子在径向隔开间隙配置且形成有磁体收纳孔的转子；和插入到上述磁体收纳孔的永磁体，上述永磁体在周向配置有多个，上述永磁体产生的定子线圈一相的交链磁通Ψp(Wb)、在上述定子线圈中流动电流有效值Irms(Arms)时的直轴电感Ld(H)和交轴电感Lq(H)与上述电流有效值Irms(Arms)满足(数学式1)的关系，同时，驱动时的定子交链磁通Ψ(Wb)和上述Ψp满足(数学式2)的关系。

Description

永磁同步电机和使用它的压缩机

技术领域

本发明涉及永磁同步电机和使用它的压缩机。

背景技术

在永磁同步电机中，广泛采用在转子中埋设永磁体的InteriorPermanentMagnet(以下称为IPM)的构造。在IPM构造中，直轴电感Ld与交轴电感Lq的比，即所谓的凸极比较大，因此在磁体转矩之外能够有效利用磁阻转矩。

作为有效利用磁阻转矩的永磁同步电机的背景技术，有日本特开2001-119875号公报(专利文献1)中记载的同步电机。在该公报中，转子100具有将磁凸极型转子部102和磁体型转子部101在轴向上串联结合而成的构造，磁凸极型转子部102的磁凸极型场磁极的磁通和磁体型转子部101永磁体型场磁极的磁通与共用的多层电枢线圈交链。通过采用这样的结构，与产生磁凸极型场磁极带来的磁阻转矩和永磁体型场磁极带来的磁体转矩的合成转矩的同步电机相比较，两转子部的相对角度能够设定为最佳，能够使每永磁体量的合成转矩增大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2001-119875号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的同步电机中，通过采用IPM构造能够使凸极比较大，有效利用磁阻转矩。但是，根据用途、功率和电动机构造，存在假设采用IPM构造也就是使凸极比较大也不能够有效利用磁阻转矩的情况。这是因为磁阻转矩的大小不仅依赖于凸极比的大小，也依赖于与磁体转矩的相对关系。

但是，在现在的设计理论中忽略了这样的观点。因此，不能够活用磁阻转矩而达不到功率提高和效率提高，而且凸极比大导致电感变大，使得铁损增加，难以实现高速化。

本发明的目的在于，在永磁同步电机中，在难以有效利用磁阻转矩的情况下，也能够实现转矩提高、效率提高、高速旋转化。

用于解决课题的技术方案

为了达成上述目的，本发明提供一种永磁同步电机，其具有由以构成多个极的方式配置的永磁体构成的转子，该永磁同步电机中，上述永磁体产生的定子线圈交链磁通Ψp、电流IArms通电时的直轴电感Ld和交轴电感Lq满足数学式1的关系，

[数学式1]

$I_{rms}<0.293\&CenterDot;\frac{\sqrt{2}\&CenterDot;{\mathrm{\&Psi;}}_p}{L_q-L_d}$

通过使驱动时的定子交链磁通Ψ和上述Ψp满足数学式2的关系，使得定子铁芯的磁饱和得到缓和。

[数学式2]

$\frac{\mathrm{\&Psi;}}{{\mathrm{\&Psi;}}_p}<1$

发明效果

根据本发明能够提高转矩和效率并且能够实现高速旋转化。

上述以外的课题、结构和效果通过以下的实施方式的说明能够得到明确。

附图说明

图1是对于本发明的第一实施例的永磁同步电机，在与旋转轴垂直的横截面表示定子和转子的图。

图2是表示本发明的数学式3的关系的图。

图3是本发明的第一实施例的转矩特性的说明图。

图4是永磁体电动机的矢量图。

图5是对于本发明的第一实施例的永磁同步电机，在与旋转轴垂直的横截面表示转子的图。

图6是对于本发明的第一实施例的永磁同步电机，在与旋转轴垂直的横截面表示转子的图。

图7是本发明的第二实施例的电动机特性的一例。

图8是6极9槽三相电动机的定子线圈连接图。

图9是磁体转矩(magnettorque)和磁阻转矩的原理说明图。

图10是永磁体电动机的矢量图。

图11是在与旋转轴垂直的横截面表示作为本发明的比较例的永磁同步电机的转子的局部截面图。

图12是本发明的第三实施例的压缩机的截面构造图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施例。在以下的说明中，对相同的构成要素标注相同的附图标记。它们的名称和功能相同，避免重复说明。此外，在以下的说明中将内转型转子作为对象，但本发明的效果并不限定于内转型转子，对于具有同样的结构的外转型转子也能够适用。

此外，定子的绕组方式可以是集中卷绕也可以是分布卷绕。此外，转子的极数、定子线圈的相数也不限定于实施例的结构。此外，以下的说明中以逆变器驱动的永磁体电动机作为对象，但本发明的效果对于自起动型永磁体电动机也能够适用。

实施例1

以下，使用图1～6，说明本发明的第一实施例。此外，在说明本实施例时参照图8～11。

图1是对于本发明的第一实施例的永磁同步电机，是在与旋转轴垂直的横截面表示定子和转子的图。

图2是表示本发明的数学式3的关系的图。

图3是本发明的第一实施例的转矩特性的说明图。

图4是永磁体电动机的矢量图。

图5和图6是对于本发明的第一实施例的永磁同步电机，在与旋转轴垂直的横截面表示转子的图。

图8是6极9槽三相电动机的定子线圈连接图。

图9是磁体转矩和磁阻转矩的原理说明图。

图10是永磁体电动机的矢量图。

图11是在与旋转轴垂直的横截面表示作为本发明的比较例的永磁同步电机的转子的局部截面图。

对本实施例的永磁同步电机使用图1进行说明。

在本实施例的永磁同步电机中，在定子9的内周侧设置有转子1。转子1与定子9隔着间隙G被未图示的轴承旋转自由地保持。

定子9包括：具有齿11的定子铁芯10；卷绕于齿11的定子线圈12。定子线圈12将三相的绕组U、V、W在周向上依次配置。U相、V相和W相的各相中串联连接3个线圈(参照图8)。全部9个线圈12u1、12u2、12u3、12v1、12v2、12v3、12w1、12w2、12w3分别卷绕于各齿11，构成集中卷绕的永磁同步电机。

因此，在定子9中设置有9个齿11和槽。转子1包括：具有永磁体收纳孔4的转子铁芯2；以构成6极(极对数p＝3)的方式配置的永磁体3。在转子1的中心部形成用于使轴(旋转轴、输出轴)6贯通的贯通孔6a，在贯通孔6a中插入轴6。

本实施例的永磁同步电机中，如图1所示，转子1具有方形的磁体收纳孔4，在磁体收纳孔4中埋设有永磁体3。永磁体3插入磁体收纳孔4，永磁体3和磁体收纳孔4沿周向设置有多个，由此在转子1的内部沿周向构成多个极8。

永磁体3产生的定子线圈一相的交链磁通Ψp(Wb：韦伯)和在定子线圈中流动相电流有效值Irms(Arms：安培有效值)时的直轴电感Ld(H)和交轴电感Lq(H)具有下述的数学式3的关系。

[数学式3]

$I_{rms}<0.293\&CenterDot;\frac{\sqrt{2}\&CenterDot;{\mathrm{\&Psi;}}_p}{L_q-L_d}$

此外，驱动时的定子交链磁通Ψ和上述Ψp满足数学式4的关系。

[数学式4]

$\frac{\mathrm{\&Psi;}}{{\mathrm{\&Psi;}}_p}<1$

此处，首先对于数学式3的物理量以及磁阻转矩的产生原理，使用图3、图8和图9进行说明。在本实施例中，对6极9槽的三相电动机进行了说明，但也可以是具有4极6槽或其它的极数和槽数的三相电动机。

例如像图8所示的那样，对串联连接的U相绕组12u1、12u2、12u3，从逆变器供给峰值I(令此时的有效值为Irms)的交流电流iu。V相绕组12v1、12v2、12v3、W相绕组12w1、12w2、12w3也同样，各相的电流相位各偏移120°电角。I、Irms的大小能够使用功率表等的设备来求得。或者，也能够由示波器等取得电流波形后进行傅里叶分析从而求得。

与转子1机械结合的轴6与负载连结，通过适当选择电流I的大小和相位，产生与负载平衡的旋转转矩Me。定子线圈一相的交链磁通Ψp，能够通过在将图8所示的U、V、W的端子Tu、Tv、Tw开放的状态下对转子1进行外部驱动，测定此时的相电压峰值E0或线间电压峰值E0×√3而求得。具体来说，将以每分钟的转速N[rpm]进行外部驱动时的角频率ω[rad/s]由数学式5求得，将其代入数学式6而得到。其中，p为极对数。

[数学式5]

$\mathrm{\&omega;}=2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;\frac{N}{60}\&CenterDot;p$

[数学式6]

${\mathrm{\&Psi;}}_p=\frac{E_0}{\mathrm{\&omega;}}$

磁体电动机的转矩Me一般由于定子线圈U、V、W各相的通电电流所生成的旋转磁场与转子磁极的吸引、相斥而产生。所谓转子磁极，在为磁体电动机时，多是指由磁体形成的磁场，但在考虑磁阻转矩时，认为由于旋转磁场的影响使得转子铁芯磁化从而形成的磁场也是磁极的一种是容易理解的。

另外，磁体电动机的同步运转时的电流、磁通是交流量，因此一般采用转换到dq轴坐标系(旋转坐标系)而作为直流量进行处理的方法。一般来说，在dq轴坐标系中将转子的磁极中心轴作为d轴，将相对于d轴逆时针前进90°电角的轴即极性不同的永磁体间的中心轴作为q轴。此时，能够与转子位置无关地，仅基于dq轴和旋转磁场的相对位置关系考虑转矩等各物理量。

使用图9说明磁体电动机的转矩产生原理。在图中，以逆时针方向作为正方向。(a)表示磁体转矩。(b)表示d轴电流为负时产生的磁阻转矩，是由转子q轴的磁化产生的。(c)表示d轴电流为负时产生的磁阻转矩，是由转子d轴的磁化产生的。

如(a)所示，磁体转矩是由于在d轴产生的磁体磁通与由q轴电流形成的磁场的吸引和相斥而产生的转矩。此时，在磁体磁通与d轴电流磁场之间产生径向的推斥力，但不产生旋转力。

另一方面，如(b)所示，在由q轴电流磁场磁化转子q轴的情况下，在转子q轴的磁化与d轴电流磁场之间产生吸引力和推斥力。这是磁阻转矩，在d轴电流为负时即为弱励磁运转时得到正转矩，在增磁作用时成为负转矩。

同样，如(c)所示转子d轴容易磁化的情况下，由于与q轴电流磁场的关系而产生磁阻转矩，它们在为弱励磁运转时为负转矩，在增磁作用时为正转矩(一般来说将(b)与(c)的和称为磁阻转矩)。

如果q轴电流为一定值之下则磁体转矩磁体与产生的磁通量成比例。即，为了使磁体转矩增加，需要增加磁体量或使用强力的磁体，导致成本增加。对此考虑到，磁阻转矩与q轴与d轴的电感的差成比例，因此通过以使两者的差较大的方式构成转子磁回路能够达到转矩的增加。

在数学式3的构成物理量中，Ψp、Irms以上述方式求取，与此不同，关于Ld、Lq的求取方法，有Dalton-Cameron(道尔顿-卡梅伦)法等转子静止法，或根据以下所述的矢量图进行反算的方法。

使用图10的dq轴坐标系的矢量图，说明磁体电动机的同步运转时的电流、电压和磁通。

以永磁体的定子线圈一相的交链磁通Ψp的相位为基准，将其看作d轴，作为Ψp的时间微分的感应电动势E0在相位前进90°的q轴产生。施加于电动机的相电压V和对电动机通电的相电流I，相对于E0分别具有θ、β的相位差，V、I能够分解为数学式7和数学式8所示的d轴成分、q轴成分。

[数学式7]

V_d＝-V·sinθ

V_q＝-V·cosθ

[数学式8]

I_d＝-I·sinβ

I_q＝-I·cosβ

另外，图10的电阻R能够使用惠斯通电桥等的电阻测定器计测得到。此外，关于电压相位差角θ、电流相位差角β，能够通过取得E0、V、I的波形，推算出各基波成分的相位关系而求得。图10中表示了使用相电压、相电流的波形的情况，但是例如在代替相电压而取得线间电压的情况下，通过考虑相电压与线间电压的相位差，也能够同样求得θ、β。

使用上述得到的物理量，Ld、Lq能够由数学式9的电压方程式求得。

[数学式9]

V_d＝R·I_d-ω·L_q·I_q

V_q＝R·I_q+ω·L_d·I_d+E₀

以上，说明了数学式3的物理量和磁阻转矩的产生原理。

接着，说明本发明的基本原理，即通过满足数学式3的关系，并且满足数学式4的关系，能够实现转矩提高、效率提高、高速旋转化的原理。

一般来说产生转矩Me能够使用极对数p、永磁体的定子线圈一相的交链磁通Ψp、直轴电流Id、交轴电流Iq由数学式10表示。

[数学式10]

$M_e=\frac{3}{2}\&CenterDot;p\&CenterDot;\{{\mathrm{\&Psi;}}_P\&CenterDot;I_q+(L_q-L_d)\&CenterDot;(-I_d)\&CenterDot;I_q\}$

其中，Id、Iq、Ψp是峰值。

在数学式10中，{}内第一项表示磁体转矩，第二项表示磁阻转矩。由该式能够明确，磁阻转矩与Lq-Ld、Id、Iq分别成比例。因此，在现有技术中作为磁阻转矩的大小的指标使用凸极比Lq/Ld或Lq-Ld。但是，磁阻转矩对于产生转矩Me有多大程度的贡献，是由与磁体转矩的

相对关系决定的。例如，在磁阻转矩相对于磁体转矩极小的情况下，即使磁阻转矩稍有变动(增减)，产生转矩Me也基本上不受影响。由此，作为表示磁阻转矩的大小的指标，除了现有的凸极比之外，有必要新导入能够表达与磁体转矩的相对关系的其它物理量。

此处，磁体转矩在电流相位差角β＝0时最大，其最大值Mp,max根据数学式8、数学式10由下式表示。

[数学式11]

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{M_{r,max}}{M_{p,max}}=\frac{L_q-L_d}{{\mathrm{\&Psi;}}_p}\&CenterDot;\frac{I}{2}$

另一方面，磁阻转矩在β＝π/4(电角为45度)时最大，其最大值Mr,max利用数学式8、数学式10由下式表示。

[数学式12]

$M_{r,max}=\frac{3}{2}\&CenterDot;p\&CenterDot;(L_q-L_d)\&CenterDot;{\left(\frac{I}{\sqrt{2}}\right)}^2$

数学式11与数学式12的比是表示磁阻转矩的大小的指标，将该比定义为磁阻转矩比α。在使用电流峰值I时，为

[数学式13]

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{M_{r,max}}{M_{p,max}}=\frac{L_q-L_d}{{\mathrm{\&Psi;}}_p}\&CenterDot;\frac{I}{2}.$

在使用电流有效值Irms时，为

[数学式14]

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{M_{r,max}}{M_{p,max}}=\frac{L_q-L_d}{{\mathrm{\&Psi;}}_p}.\frac{I_{rms}}{\sqrt{2}}.$

本发明中采用使用电流有效值Irms的数学式14。

根据数学式14可知，作为表示磁阻转矩的大小的指标，在一直以来的Ld、Lq之外，新导入Ψp、Irms。其中，Ψp由永磁体的物性、形状、定子线圈规格、电动机截面形状决定，一般能够通过感应电动势测定试验求得。同样，Ld、Lq也由电动机结构和通电电流Irms决定，一般能够通过电动机电感测定法求得。由此，Ψp、Ld、Lq对于每个电动机来说是确定的常数，数学式14能够作为α和Irms的线性函数处理。

磁阻转矩比α通过使数学式14的右边的值特别是使电流值变化而且＝能够采用任意的值，从提高产生转矩、提高效率的观点来说，如图3所示那样磁阻转矩Mr为最大值的β＝45deg.时，优选产生转矩Me与磁体转矩最大值Mp,max同等或为其以上。更详细地说明的话，永磁同步电机在进行效率最大化控制时，电流相位差角在0～45°的范围内被驱动。产生转矩Me在电流相位差角为0°和45°时成为最小值。于是，通过在电流相位差角为0°和45°时，使产生转矩Me与磁体转矩最大值Mp,max同等或其以上，能够有效利用磁阻转矩。即，

[数学式15]

$M_{p,\max }\&CenterDot;\frac{1}{\sqrt{2}}+M_{r,\max }\&GreaterEqual;M_{p,\max }$

的关系成立即可。整理数学式15，则

[数学式16]

M_r，max≥0.293·M_p，max，

进而使用数学式14进行变形而得到下式。

[数学式17]

$I_{rms}\&GreaterEqual;0.293\&CenterDot;\frac{\sqrt{2}\&CenterDot;{\mathrm{\&Psi;}}_p}{L_q-L_d}$

根据以上内容，作为表示磁阻转矩的大小的指标，在现有技术的Ld、Lq之外，必须导入Ψp、Irms，为了有效利用磁阻转矩，必须满足数学式17的关系式。

但是，在数学式17不成立时，即在数学式3的关系成立时，难以有效利用磁阻转矩。在该状况下，即使是图11所示的IPM构造，也难以达到功率提高、效率提高，而且凸极比较大导致q轴电感变大，因此导致铁损增加，难以进行高速旋转化。

于是，驱动时的定子交链磁通Ψ和上述Ψp满足数学式4的关系是很重要的。对于其理由使用图4进行说明。图4在dq轴上表示电动机驱动状态中的各物理量，与图10重复的附图标记的物理意义相同因此省略说明。

首先，驱动时的定子交链磁通Ψ，以永磁体3的定子线圈一相的交链磁通Ψp(Wb)作为起点，由基于d轴电流Id产生的反作用磁通LdId和基于q轴电流Iq产生的反作用磁通LqIq的矢量和表示。

图4所示的dq轴上，Ψ为直流量，但在从任意的定子线圈看时为交流量，在卷绕有定子线圈的齿上，由于Ψ的交流变化而产生磁滞损失和涡电流损失即铁损。一般来说，磁滞损失与Ψ的峰值成比例，涡电流损失与Ψ的峰值的平方成比例，因此为了减小铁损，优选使Ψ较小。但是，在现有的IPM构造中，一般以有效利用磁阻转矩为目的而使Lq较大，因此根据图4可知，伴随LqIq矢量的伸长，Ψ容易变得比Ψp大。

在能够有效利用磁阻转矩的情况下，必然流动负的Id，因此容易利用LdId矢量抑制Ψ，但在不能够有效利用磁阻转矩的情况下，并非必须流动负的Id，因此不能够抑制Ψ而导致铁损增加。由此，在数学式3的关系成立的情况下，即不能够有效利用磁阻转矩的情况下，从减少铁损的观点出发，同时满足数学式4的关系是极为重要的。

接着，对数学式4的重要性从高速旋转化的观点进一步说明。在驱动时，如果忽略由定子线圈的电阻引起的电压下降，则电动机端子电压V能够看作与定子交链磁通Ψ的时间微分等效，能够以下式近似表示。另外，如图4所示，V以相对于Ψ前进90deg.的矢量表示。

[数学式18]

V≈ω·Ψ

现在，当使电动机端子电压的上限值为Vmax时，根据数学式18可知，与使Ψ变小的量相应地，能够使ω变大，即能够实现高速旋转化。

以上说明了通过满足数学式3的关系并且满足数学式4的关系，能够实现转矩提高、效率提高、高速旋转化的原理。

作为满足数学式3的关系并且满足数学式4的关系的具体结构，有图1所示的转子构造。

在图1中，在转子1，在永磁体3的径向外周部(外周侧)配置有由非磁性体构成的隙缝7。此外，相邻的极8的磁极间的转子铁芯2以比上述永磁体收纳孔4的周向端部向内周侧凹的形状构成。通过采用这样的结构能够减小q轴电感，缓和定子铁芯的磁饱和。特别是，通过采用使磁极间的转子铁芯2向内周侧凹的形状的结构，能够大幅减少要透过永磁体3的径向内周部(内周侧)的q轴磁通。通过采用以上的结构，能够实现转矩提高、铁损减低、效率提高和高速旋转化。

在驱动上述永磁同步电机时，电流相位差角β能够根据控制软件的结构来任意设定，但在满足数学式3的结构中，产生转矩最大的控制动作点存在于0deg.≤β≤22.5deg.的范围中。由此，通过控制成为上述相位，能够更可靠地实现转矩提高、效率提高。

另外，永磁体3也可以在1极中不被周向分割而一体构成，也可以在周向上分割为多个而配置。

此外，构成1极的永磁体3和磁体收纳孔4并不限定于1个。例如，也可以将构成1极的永磁体3在周向分割，配合各个磁体地设置磁体收纳孔4，在邻接的收纳孔的边界设置肋等。

此外，永磁体3和磁体收纳孔4可以在旋转轴方向上分割为多个而构成，也可以不分割而一体构成。

转子铁芯2可以由在轴向上重叠的叠层钢板构成，也可以由压粉磁芯等构成，也可以由非晶金属等构成。

在本实施例中，磁体收纳孔4以与构成1极的永磁体的磁极中心轴正交的方式形成，此外，从旋转轴方向看为平板状。收纳于磁体收纳孔4的永磁体3也配合磁体收纳孔4的形状在平板上形成。通过采用这样的结构，能够将磁体的成形过程抑制为最小限，能够使磁体的插入工序简单，因此能够抑制制造成本。

此外，通过使磁体收纳孔为平板状，与V字状的收纳孔等相比，能够使转子铁芯的每1极的外周部磁芯面积较小，因此随之能够使q轴电感较小。另外，为了使转子铁芯的每1极的外周部磁芯面积较小，可以不将磁体收纳孔形成为平板状，而使其构成为向径向外侧凸的形状。

隙缝7只要以不妨碍磁体磁通的透过的同时妨碍q轴磁通的透过的方式配置即可，可以设置为直线状，也可以设置为圆弧状。此外，可以连续构成，也可以由肋等分割而构成。此外，在图1中每一极配置有4个，但只要在能够制作的范围则可以是任意个。此外，各隙缝7的宽度可以均匀也可以不均匀。

隙缝7如上所述不妨碍磁体磁通的透过但妨碍q轴磁通的透过。因此，隙缝7相对于在没有设置隙缝7的状态下在转子铁芯2的永磁体3的外周侧产生的磁体磁通和q轴磁通，以横穿q轴磁通的方式设置，且以尽可能不横穿磁体磁通而沿着磁体磁通的方式设置。如果设置符合这样的条件的隙缝7，则隙缝7成为在横穿q轴磁通的方向(沿磁体磁通的方向)上较长(尺寸大)、在横穿磁体磁通的方向(沿q轴磁通的方向)上较短(尺寸小，或宽度薄)的形状。

对于隙缝7，参照图5进一步详细说明。图5的结构与图1的不同点是，不仅在永磁体3的径向外周部(外周侧)设置隙缝7a，在径向内周部(内周侧)也设置有隙缝7b。

在图5中，d轴通过转子1的旋转中心(轴6的中心)O和磁体收纳孔4的中央4o。永磁体3以关于d轴线对称的方式插入，使得埋设于磁体收纳孔4。永磁体3也可以不是完全填埋在磁体收纳孔4中，而以留有间隙的方式插入。本实施例中，d轴通过磁极的中央，因此以下将d轴称为磁极中央线30cl。

隙缝7a以在外周侧靠近磁极中央线30cl、在内周侧远离磁极中央线30cl的方式，相对于磁极中央线30cl倾斜形成。即，隙缝7a以外周侧端部相比于内周侧端部靠近磁极中央线30cl的方式，相对于磁极中央线30cl倾斜形成。具体地说，以从隙缝7a的中心线7acl的外周侧端部7ao到磁极中央线30cl的垂线的长度(外周侧端部7ao与磁极中央线30cl的距离)d7ao，与从隙缝7a的中心线7acl的内周侧端部7ai到磁极中央线30cl的垂线的长度(外周侧端部7ai与磁极中央线30cl的距离)d7ai相比较短的方式，隙缝7a相对于磁极中央线30cl倾斜。

隙缝7a在一个磁极中至少在磁极中央线30cl的单侧形成。本实施例中，在磁极中央线30cl的两侧形成有隙缝7a。此外，在磁极中央线30cl的两侧形成的隙缝7a关于磁极中央线30cl线对称地形成。通过将隙缝7a关于磁极中央线30cl线对称地形成，关于磁体磁通和q轴磁通的透过性的设计变得容易。但是，并非必须将隙缝7a关于磁极中央线30cl线对称地形成。

隙缝7a在图5中以具有上述倾斜的方式形成为直线状，但也可以形成为圆弧状。在将隙缝7a形成为圆弧状的情况下，可以以沿着磁体磁通的方式以向磁极中央线30cl描绘出凸形状的曲线的方式形成。

接着，对图5所示的隙缝7b进行说明。另外，在没有设置隙缝7b的情况下也能够得到隙缝7a的效果，因此并非必须设置隙缝7b。但是，通过设置隙缝7b，能够得到以下说明的效果。

隙缝7b设置在永磁体3的径向内周部(内周侧)，与隙缝7a同样由非磁性体构成。

通过采用这样的结构，能够进一步提高q轴电感的减小效果，进一步缓和定子铁芯的磁饱和。由此，能够进行永磁同步电机的进一步的高速旋转驱动，同时能够达到进一步的转矩提高和效率提高。隙缝7b以不妨碍磁体磁通的透过的同时妨碍q轴磁通的透过的方式配置即可，可以设置为直线状，也可以设置为圆弧状。此外，可以连续构成，也可以由肋等分割而构成。此外，在能够制作的范围中可以设置任意个。此外，各隙缝的宽度可以均匀也可以不均匀。

此处，隙缝7b的另一效果是永磁体3的减磁耐力提高。永磁体3的不可逆减磁，是在定子线圈在与永磁体3的磁化方向相反的方向上产生过大的磁场时发生的。定子线圈产生的磁场的大小与电流的大小、绕组的匝数即安匝数成比例，但在安匝数一定时，施加于永磁体3的磁场(以下称为减磁磁场)的大小由间隙部分、定子铁芯、转子铁芯的磁阻的平衡决定。即，永磁体3以外的部分的磁阻越大，减磁磁场(施加于永磁体3的磁场)越小。此处，考虑没有隙缝7b的情况，在永磁体3的径向内周部磁芯部分没有妨碍磁通的透过的因素，因此磁阻非常小。与此不同，通过设置隙缝7b，磁通沿隙缝7b透过，因此磁路被限定使得磁阻增加。由此，能够使减磁磁场(施加于永磁体3的磁场)变小，因此能够提高永磁体3的减磁耐力。

另外，在图6所示的结构中也能够得到与本实施例所述的效果同样的效果。图6的结构与图5的不同点是，在转子铁芯2的外周部的磁极间设置有肋102，在其内周侧设置有q轴空孔(孔)103。在采用这样的结构的情况下也能够使得要透过永磁体3的径向内周部(内周侧)的q轴磁通大幅减少，能够缓和定子的磁饱和。此外，通过设置肋102，对于作用于永磁体3的外周部磁芯的离心力负载的强度提高，因此能够进一步实现高速旋转化。设置肋102的位置在图6中比永磁体3靠外周侧，但只要能够获得上述效果，必非必须是永磁体3的外周侧，可以设置在与永磁体3相同圆周上的附近位置，也可以设置在永磁体3的内周侧。此外，肋102的宽度在能够兼顾永磁体3的泄漏磁通减少和转子强度提高的范围中可以任意设定。此外，q轴空孔103在图6中为半圆状的形状，但只要能够减小q轴磁通，则其形状并非必须是半圆状。此外，q轴空孔103在图6中在极间1个位置仅设置1个，但也可以设置2个或此以上的多个。

实施例2

以下，使用图7说明本发明的第二实施例。图7是本发明的第二实施例的电动机特性的一例。

本实施例中，如图7所示，在最大电流通电状态中产生最大转矩Me,max的永磁同步电机中，使电动机端子电压为Vmax时的转速为Nsat，另一方面，使由外部驱动产生的感应电动势为Vmax时的转速为Nmax，通过以Nmax<Nsat的方式构成，能够实现高速旋转化。

如实施例1中叙述的那样，电压由数学式18表示，因此在数学式4的关系成立时，Nmax<Nsat成立。

实施例3

以下，使用图12说明本发明的第三实施例。图12是本实施例的压缩机的截面构造图。

在图12中，压缩机构部通过在固定涡旋部材13的端板14直立的旋涡状搭接件15和在旋转涡旋部材16的端板17直立的旋涡状搭接件18的啮合而形成。通过使旋转涡旋部材16利用曲柄轴6旋转运动而进行压缩动作。利用固定涡旋部材13和旋转涡旋部材16形成的压缩室19(19a，19b，……)中，位于最靠外径侧的位置的压缩室19伴随旋转运动向两涡旋部材13、16的中心移动，容积逐渐缩小。

两压缩室19a、19b到达两涡旋部材13、16的中心附近时，两压缩室19内的压缩气体从与压缩室19连通的排出口20排出。被排出的压缩气体通过在固定涡旋部材13和框架21设置的气体通路(未图示)到达框架21下部的压力容器22内，从设置在压力容器22的侧壁的排出管23向压缩机外排出。由定子9和转子1构成的永磁体电动机103被内封在压力容器22内通过转子1的旋转，进行压缩动作。在永磁体电动机103的下部设置有蓄油部25。蓄油部25内的油利用由旋转运动产生的压力差通过在曲柄轴6内设置的油孔26供旋转涡旋部材16与曲柄轴6的滑动部、滑动轴承27等润滑。在压力容器22的侧壁设置有用于将定子线圈12向压力容器22的外侧引出的端子箱30，例如，在为三相永磁体电动机时，U、V、W各绕组的端子共计被收纳有3个。通过在永磁体电动机103中应用上述实施例1或实施例2记载的永磁同步电机，能够驱动成为更高速的旋转，同时能够达到转矩提高和效率提高。

但是，在现在的家庭用或工业用空调机中，多在压缩容器22内封入有R410A致冷剂，永磁体电动机103的周围温度多为80℃以上。今后，全球变暖潜能值更小的R32致冷剂的采用不断发展的话，周围温度会进一步上升，因此磁体的Br的下降更为显著。在这样的情况下，通过应用上述的实施例1或实施例2记载的永磁同步电机，能够补偿由Br下降引起的转矩下降、效率下降。特别是将永磁体3由铁氧体磁体构成的情况下，在原理上不会发生在钕磁体中成为问题的高温减磁，因此成为对于伴随采用R32致冷剂而发生的周围温度上升有效的对策。另外，在本实施例的压缩机中应用上述实施例1或实施例2记载的永磁同步电机时，致冷剂的种类并没有限制。

另外，压缩机结构可以是图12记载的涡旋压缩机，也可以是旋转压缩机，也可以是具有其它的压缩机构的结构。此外，根据本发明，如以上所说明的那样能够以小型的结构实现高输出的电动机。这样的话则能够进行高速运转等，能够扩大运转范围，进而，He、R32等的致冷剂中，与R22、R407C、R410A等的致冷剂相比，从间隙的泄漏较大，特别是在低速运转时相对于循环量的泄漏的比率显著变大，因此效率下降幅度很大。为了提高低循环量(低速运转)时的效率，通过使压缩机构部小型、提高用于得到相同循环量的转速从而减少泄漏损失是有效的手段，但也必须提高用于确保最大循环量的最大转速。根据具有本发明的永磁同步电机的压缩机，能够提高最大转速，成为对He、R32等致冷剂的效率提高有效的手段。

附图标记的说明

1…转子，2…转子铁芯，3…永磁体，4…永磁体收纳孔，5…铆接用铆钉，6…轴或曲柄轴，7a、7b…隙缝，8…极，9…定子，10…定子铁芯，11…齿，12(12u1、12u2、12v1、12v2、12w1、12w2)…定子线圈，13…固定涡旋部材，14…端板，15…旋涡状搭接件，16…旋转涡旋部材，17…端板，18…旋涡状搭接件，19(19a、19b)…压缩室，20…排出口，21…框架，22…压力容器，23…排出管，24…平衡重，25…蓄油部，26…油孔，27…滑动轴承，30…端子箱，10…肋，102…q轴空孔，103…永磁体电动机。

Claims (11)

1.一种永磁同步电机，其特征在于，包括：

具有多个齿和定子线圈的定子；

与所述定子在径向隔着间隙配置且形成有磁体收纳孔的转子；和

插入到所述磁体收纳孔的永磁体，

所述永磁体在周向配置有多个，

所述永磁体产生的定子线圈一相的交链磁通Ψp(Wb)、在所述定子线圈中流动电流有效值Irms(Arms)时的直轴电感Ld(H)和交轴电感Lq(H)与所述电流有效值Irms(Arms)满足下述关系：

同时，驱动时的定子交链磁通Ψ(Wb)与所述Ψp满足下述关系：

2.如权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于：

所述转子在周向配置有多个由插入到所述磁体收纳孔的永磁体构成的磁极，

在所述磁极的径向外周部配置有由非磁性体构成的隙缝。

3.如权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于：

所述磁体收纳孔以与构成1极的所述永磁体的磁极中心轴正交的方式形成，且从旋转轴方向看为平板状，

在所述磁极的径向外周部配置有由非磁性体构成的隙缝。

4.如权利要求2或权利要求3所述的永磁同步电机，其特征在于：

在所述转子中，相邻的磁极间的铁芯与所述永磁体收纳孔的周向端部相比为向内周侧凹的形状。

5.如权利要求2或权利要求3所述的永磁同步电机，其特征在于：

所述转子在相邻的磁极间具有在周向上延伸的肋，并且形成有设置在所述肋的径向内周侧的空孔。

6.如权利要求2～5中任1项所述的永磁同步电机，其特征在于：

所述隙缝设置在通过所述转子的旋转中心和所述磁极的磁极中央的中央线的至少一侧，以外周侧端部比内周侧端部靠近所述中央线的方式相对于所述中央线倾斜地形成。

7.如权利要求6所述的永磁同步电机，其特征在于：

所述隙缝在所述中央线的两侧以关于所述中央线线对称的方式形成。

8.如权利要求1～7中任一项所述的永磁同步电机，其特征在于：

在所述磁极的径向内周部配置有由非磁性体构成的隙缝。

9.如权利要求1～8中任一项所述的永磁同步电机，其特征在于：

从逆变器供给到所述永磁同步电机的电流的相位被控制成相对于所述永磁体的定子线圈一相的感应电动势的相位前进0°～22.5°的相位。

10.一种包括吸入致冷剂进行压缩并将致冷剂排出的压缩机构部和驱动该压缩机构部的永磁体电动机的压缩机，其特征在于：

所述永磁体电动机是权利要求1～9中任一项所述的永磁同步电机。

11.如权利要求10所述的压缩机，其特征在于：

在所述压缩机中封入有R32致冷剂。