JP2002354766A

JP2002354766A - 永久磁石電動機

Info

Publication number: JP2002354766A
Application number: JP2001159360A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Okuma; 繁大熊; Shinji Michiki; 慎二道木; Mutsuo Tomita; 睦雄冨田; Mitsuhiko Sato; 光彦佐藤; Seiichi Kaneko; 清一金子; Mitsuhiro Suzuki; 光広鈴木
Original assignee: Aichi Elec Co
Current assignee: Aichi Elec Co
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】性能を向上させることができる永久磁石電動
機を提供する。【解決手段】固定子コア２０は、ヨーク部２１と、ヨ
ーク部２１から回転子と対向する方向に突出する複数の
ティース部３０が設けられている。ティース部３０の回
転子と対向する先端両側にはティース部先端部３１ａ、
３１ｂが設けられている。ティース部３０の幅をＴ、ヨ
ーク２１の幅をＹ、ティース部先端部３１ａ（３１ｂ）
の根元寸法をＢとしたとき、［０．４≦Ｙ／Ｔ≦０．
６］の条件を満足するように構成する。あるいは、
［０．２≦Ｂ／Ｔ≦０．５］の条件を満足するように構
成する。あるいは、回転子と対向するティース部３０と
反対側のヨーク部２１の、磁束密度が低い個所に冷媒通
路用の切欠部２３を設けるとともに、ヨーク部２１の幅
Ｙを、冷媒用通路の切欠部２３が設けられている部分及
び他の部分でほぼ同じになるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石電動機に
関し、特に、圧縮装置等の駆動装置として用いられる永
久磁石電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮装置の駆動装置として永久磁石電動
機が用いられている。例えば、永久磁石埋込型の永久磁
石電動機が用いられている。この永久磁石埋込型の永久
磁石電動機は、回転子と固定子により構成されている。
回転子は、例えば、電磁鋼板を積層して構成された回転
子コアを有している。回転子コアには磁石収容孔が設け
られており、磁石収容孔に永久磁石が収容されている。
固定子は、固定子コアを有している。固定子コアは、例
えば、電磁鋼板を積層して構成され、ヨーク部と、ヨー
ク部から回転子と対向する方向に突出する複数のティー
ス部（歯部）を有している。また、ティース部の回転子
と対向する部分には、ティース部先端部が設けられてい
る。ティース部間に形成されるスロットには、ティース
部に巻回される固定子巻線が挿入される。また、固定子
コアには、冷媒ガス通路が設けられる。例えば、回転子
と対向するティース部と反対側のヨーク部に冷媒ガス通
路用の切欠部が設けられる。あるいは、固定子コアに冷
媒通路用の孔が設けられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の、永久磁石電動
機は、固定子のティース部の幅とヨーク部の幅との関
係、固定子のティース部の幅とティース部先端部の根元
寸法との関係、ヨーク部の形状、磁石収容孔の開角と磁
石収容孔に収容された永久磁石の開角との関係等を考慮
して構成されていなかった。本発明者らは、永久磁石電
動機の性能向上について種々検討した結果、上記の関係
等を適切に設定することにより永久磁石電動機の性能を
向上させることができることを見出した。そこで、本発
明は、性能を向上させることができる永久磁石電動機を
提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの
永久磁石電動機である。請求項１に記載の永久磁石電動
機は、固定子のティース部の幅Ｔとヨーク部の幅Ｙが、
［０.４≦Ｙ／Ｔ≦０.６］の条件を満足するように構成
される。これにより、固定子巻線に供給される交流電流
や回転子に埋め込まれた永久磁石により発生した磁束に
よる、ティース部及びヨーク部における磁束密度を低く
することができ、例えば、固定子コアを構成する電磁鋼
板が磁気的に飽和しない領域で使用することができる。
したがって、鉄損が少なくなり、永久磁石電動機の効率
が向上する。また、磁束の飽和により生じる電磁振動も
減少させることができるため、騒音も低減することがで
きる。また、本発明の第２発明は、請求項２に記載され
たとおりの永久磁石電動機である。請求項２に記載の永
久磁石電動機は、固定子のティース部の幅Ｔとティース
部先端部の根元寸法Ｂが、［０.２≦Ｂ／Ｔ≦０.５］の
条件を満足するように構成される。これにより、請求項
１に記載の発明の効果に加えて、マグネットトルクとリ
ラクタンストルクとの和である総合トルクも大きくする
ことができ、永久磁石電動機の性能を一層向上させるこ
とができる。また、本発明の第３発明は、請求項３に記
載されたとおりの永久磁石電動機である。請求項３に記
載の永久磁石電動機は、固定子のティース部の幅Ｔとテ
ィース部先端部の根元寸法Ｂが、［０.２≦Ｂ／Ｔ≦０.
５］の条件を満足するように構成される。これにより、
マグネットトルクとリラクタンストルクの和である総合
トルクを大きくすることができ、永久磁石電動機の性能
を向上させることができる。また、本発明の第４発明
は、請求項４に記載されたとおりの永久磁石電動機であ
る。請求項４に記載の永久磁石電動機は、回転子の磁石
収容孔の開角θ１と磁石収容孔に収容される永久磁石の
開角θ２が、［０.８０≦θ２／θ１≦０.９５］の条件
を満足するように構成される。これにより、請求項１〜
３に記載の発明の効果に加えて、効率を低下させること
なくコギングトルクを減少させることができ、永久磁石
電動機の性能を一層向上させることができる。また、本
発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの永久
磁石電動機である。請求項５に記載の永久磁石電動機
は、回転子の磁石収容孔の開角θ１と磁石収容孔に収容
される永久磁石の開角θ２が、［０.８０≦θ２／θ１
≦０.９５］の条件を満足するように構成される。これ
により、効率を低下させることなくコギングトルクを減
少させることができ、永久磁石電動機の性能を向上させ
ることができる。また、本発明の第６発明は、請求項６
に記載されたとおりの永久磁石電動機である。請求項６
に記載の永久磁石電動機は、回転子と対向するティース
部と反対側のヨーク部に冷媒通路用の切欠部が設けられ
ている。これにより、十分な量の冷媒を供給することが
できる。また、本発明の第７発明は、請求項７に記載さ
れたとおりの永久磁石電動機である。請求項７に記載の
永久磁石電動機は、冷媒通路用の切欠部を磁束密度が低
い個所に設けられている。これにより、永久磁石電動機
の性能を低下させることなく、冷媒通路を確保すること
ができる。また、本発明の第８発明は、請求項８に記載
されたとおりの永久磁石電動機である。請求項８に記載
の永久磁石電動機は、ヨーク部の幅が、冷媒通路用の切
欠部が設けられている部分及び他の部分でほぼ同じにな
るように構成されている。これにより、ヨーク部に幅が
狭い部分が生ずることがなく、幅が狭い部分で磁気的に
飽和して鉄損が増加するのを防止することができる。し
たがって、永久磁石電動機の性能を向上させることがで
きる。また、本発明の第９発明は、請求項９に記載され
たとおりの永久磁石電動機である。請求項９に記載の永
久磁石電動機は、回転子と対向するティース部と反対側
のヨーク部において、磁束密度が低い個所に冷媒通路用
の切欠部が設けられおり、ヨーク部の幅が、冷媒通路用
の切欠部が設けられている部分及び他の部分でほぼ同じ
になるように構成されている。これにより、永久磁石電
動機の性能を低下させることなく、冷媒通路を確保する
ことができる。また、ヨーク部の幅がほぼ同じであるた
め、鉄損の増加を抑えることができる。したがって、永
久磁石電動機の性能を向上させることができる。また、
本発明の第１０発明は、請求項１０に記載されたとおり
の圧縮装置である。請求項１０に記載の圧縮装置を用い
れば、性能を向上させた圧縮装置を得ることができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態では、圧
縮装置の駆動装置として用いられ、磁石収容孔に永久磁
石を埋め込んだ回転子を用いる永久磁石埋込型の永久磁
石電動機について説明する。永久磁石電動機は、回転子
と固定子を備えている。回転子は、例えば、電磁鋼板を
積層して構成した回転子コアを有している。また、固定
子は、例えば、電磁鋼板を積層して構成した固定子コア
を有している。電磁鋼板としては、例えば、ＪＩＳ規格
の３５Ａ３００（板厚０．３５ｍｍ）以上のものや、５
０Ａ３５０（板厚０．５ｍｍ）以上のものが用いられ
る。また、鉄損Ｗ１５／５０（周波数５０Ｈｚ時、最大
磁束密度１．５Ｔの鉄損値）が、例えば、３．５ｗ／ｋ
ｇ以下のものが用いられる。

【０００６】本発明の永久磁石電動機で用いる固定子１
０の一実施の形態を図１に示す。本実施の形態の固定子
１０は、固定子コア２０を有している、固定子コア２０
は、ヨーク部２１と、ヨーク部２１から回転子と対向す
る側に突出して設けられた複数のティース部３０を有し
ている。ティース部３０は、所定のティース幅Ｔを有し
ており、回転子と対向する先端両側にはティース部先端
部３１ａ及び３１ｂが設けられている。ティース部３
０、ティース部先端部３１ａ及び３１ｂによって、回転
子と対向する対向面３２が形成されている。対向面３２
は、断面がほぼ円弧状に形成されており、回転子の外周
面との距離がほぼ一定となるように構成されている。ヨ
ーク部２０、ティース部３０及びティース部先端部３１
ａ、３１ｂによってスロット部２５が形成されている。
スロット部２５には、固定子巻線挿入用の開口部２６が
設けられている。このスロット部２５を利用して、ティ
ース部３０に固定子巻線が巻回される。本実施の形態で
は、集中巻方式によって固定子巻線をティース部３０に
巻回する。集中巻方式によって固定子巻線を巻回するこ
とにより、分布巻方式によって固定子巻線を巻回する場
合に比べて、固定子の軸長を小型化することができる。
また、固定子に固定子巻線を小さく巻くことができるた
め、銅損を低減することができ、永久磁石電動機の性能
を向上させることができる。

【０００７】次に、本発明の永久磁石電動機で用いる回
転子５０の一実施の形態を図２に示す。本実施の形態の
回転子５０は、略円筒形状の回転子コア６０を有してい
る。回転子コア６０には磁極数に対応した数（本実施の
形態では４個）の磁石収容孔６１が設けられており、磁
石収容孔６１に永久磁石６２が収容されている（埋め込
まれている）。磁石収容孔６１は、内周面６１ａ〜６１
ｄを有している。磁石収容孔６１の内周面６１ａは、回
転子コア６０の外周端に近接する位置６１ｅ及び６１ｆ
まで延び、回転子コア６０の外周端に沿って設けられて
いる内周面６１ｃ、６１ｄに接続されている。永久磁石
６２は、Ｓ極、Ｎ極が交互となるように配置されてい
る。永久磁石６２としては、フェライト磁石や希土類磁
石等が用いられる。希土類磁石はフェライト磁石より磁
束密度が高いため、希土類磁石を用いることにより小型
に構成することができる。本実施の形態では、永久磁石
６２は、断面が長方形の板状に形成されており、外周面
６２ａ〜６２ｄを有している。永久磁石６２を回転子コ
ア５０の軸線に垂直な断面でみると、端点６２ｅ〜６２
ｈを有している。また、永久磁石６２の幅（端点６２ｅ
と６２ｆ間の長さ）は磁石収容孔６１の内周面６１ａの
長さより短く形成されている。このため、磁石収容孔６
１に永久磁石６２を収容した時、磁石収容孔６１に収納
された永久磁石６２の両部に非磁性部である空隙（エア
ギャップ）６３ａ、６３ｂが形成される。これにより、
永久磁石端部の減磁を抑制することができる。回転子コ
ア６０には、回転軸を挿通するための孔６５が設けられ
ている。なお、回転子コア６０の軸方向の両端には端板
が設けられ、この端板は孔６６に挿通されたリベットピ
ンにより回転子コア６０に固定される。

【０００８】以下に、永久磁石電動機の性能を向上させ
る方法について説明する。［第１の方法］固定子巻線に供給される交流電流や回転
子に埋め込まれた永久磁石による、ティース部３０ある
いはヨーク部２１における磁束密度が高くなってティー
ス部３０あるいはヨーク部２１の電磁鋼板が磁気的に飽
和すると、鉄損が増大し永久磁石電動機の効率が悪くな
る。また、電磁鋼板が磁気的に飽和すると、それによっ
て電磁振動が発生し、騒音が発生する場合もある。この
ため、ティース部３０あるいはヨーク部２１の電磁鋼板
が磁気的に飽和するのを防止することにより、鉄損を減
少させて永久磁石電動機の効率を向上させることができ
る。また、電磁鋼板が磁気的に飽和するのを防止するこ
とによって、電磁振動も減少させることができる。

【０００９】ここで、図１に示す固定子コア２０におい
て、ティース部３０の幅をＴ、ヨーク部２１の幅をＹと
し、ティース部３０の幅Ｔとヨーク部２１の幅Ｙとの比
［Ｙ／Ｔ］に対する磁束密度を求めたところ、図１０に
示すような結果が得られた。なお、図１０の横軸は［Ｙ
／Ｔ］であり、縦軸は磁束密度である。また、図１０に
おいて、丸を付した特性曲線はティース部３０の磁束密
度を示し、三角を付した特性曲線はヨーク部２１の磁束
密度を示している。図１０に示すグラフから、［Ｙ／
Ｔ］が約０．５の時にティース部３０の磁束密度とヨー
ク部２１の磁束密度がほぼ等しくなっていることが理解
できる。また、［Ｙ／Ｔ］が小さくなると、ヨーク部２
１の磁束密度が高くなるとともにティース部３０の磁束
密度が低くなり、逆に、［Ｙ／Ｔ］が大きくなると、ヨ
ーク部２１の磁束密度が低くなるとともにティース部３
０の磁束密度が高くなることが理解できる。また、前述
した電磁鋼板は、磁束密度が、磁気的に飽和する直前の
磁束密度である１．６〜１．７テスラ程度の領域で用い
られることが多い。そこで、［Ｙ／Ｔ］を、０．４〜
０．６の範囲内に設定すると、ティース部３０の磁束密
度及びヨーク部２１の磁束密度の双方を低く保つことが
できる（例えば、１．７テスラ以下に保つことができ
る）。すなわち、ヨーク部２１の幅Ｙとティース部３０
の幅Ｔとの比［Ｙ／Ｔ］が、［０．４≦Ｙ／Ｔ≦０．
６］の条件を満足するように構成することによって、テ
ィース部３０の電磁鋼板及びヨーク部２１の電磁鋼板の
双方において磁束が飽和しない領域で使用することがで
きる。これにより、電磁鋼板の磁気的な飽和による鉄損
が減少し、永久磁石電動機の効率が向上する。また、電
磁鋼板の磁気的な飽和により生じる電磁振動が減少し、
騒音も減少する。

【００１０】［第２の方法］磁石収容孔に永久磁石を収
容した回転子を有する永久磁石電動機では、回転子は、
マグネットトルクとリラクタンストルクを加算した総合
トルクによって回転する。このため、マグネットトルク
とリラクタンストルクを加算した総合トルクが大きいほ
ど永久磁石電動機の性能はよい。

【００１１】ここで、図１に示す固定子コア２０におい
て、ティース部先端部３１ａ（３１ｂ）の根元寸法を
Ｂ、ティース部３０の幅をＴとし、ティース部先端部３
１ａ（３１ｂ）の根元寸法Ｂとティース部３０の幅Ｔと
の比［Ｂ／Ｔ］に対するトルクを求めたところ、図１１
に示すような結果が得られた。図１１の横軸は［Ｂ／
Ｔ］であり、縦軸はトルクである。また、図１１におい
て、丸を付した特性曲線はマグネットトルクを示し、四
角を付した特性曲線はリラクタンストルクを示し、三角
を付した特性曲線はマグネットトルクとリラクタンスト
ルクとを加算した総合トルクを示している。なお、図１
１に示す結果は、ティース部先端部３１ａ（３１ｂ）の
根元寸法Ｂを、ティース部先端部３１ａ（３１ｂ）とテ
ィース部３０の接続部と固定子コア２０の中心Ｐを通る
直線上におけるティース部先端部３１ａ（３１ｂ）の長
さとした場合のものである。ティース部先端部３１ａ
（３１ｂ）の根元寸法Ｂを、ティース部先端部３１ａ
（３１ｂ）とティース部３０の接続部を通り、ティース
部３０の中心軸線と平行な直線上におけるティース部先
端部３１ａ（３１ｂ）の長さとした場合でもほとんど変
化はない。

【００１２】図１１に示すグラフから、マグネットトル
クとリラクタンストルクの和である総合トルクは、［Ｂ
／Ｔ］が０．３〜０．４位でピークになっていることが
理解できる。また、［Ｂ／Ｔ］を大きくすると、マグネ
ットトルクが小さくなるとともにリラクタンストルクが
大きくなり、逆に、［Ｂ／Ｔ］を小さくすると、マグネ
ットトルクが大きくなるとともにリラクタンストルクが
小さくなることが理解できる。この場合、［Ｂ／Ｔ］を
０．５より大きくすると、図１２に示すように、磁石収
納孔１６１ａに収納された永久磁石１６２ａ、磁石収納
孔１６１ｂに収納された永久磁石１６２ｂ及びティース
部１５０を介する短絡磁路の磁束量が増大する。これに
より、マグネットトルクが低下し、それにともなって総
合トルクも低下するため、永久磁石電動機の性能が低下
する。また、［Ｂ／Ｔ］を０．２より小さくすると、図
１３に示すように、ティース部先端部２００ａの根元部
２００ｃの幅が狭くなるため、ティース部先端部２００
ａから流出入する磁束が磁気的に飽和し、リラクタンス
トルクを低下させている。それにともなって総合トルク
も低下するため、永久磁石電動機の性能が低下する。し
たがって、ティース部先端部３１ａ（３１ｂ）の根元寸
法Ｂとティース部３０の幅Ｔとの比［Ｂ／Ｔ］が、
［０．２≦Ｂ／Ｔ≦０．５］の条件を満足するように構
成することによって、マグネットトルクとリラクタンス
トルクの和である総合トルクの低下を防止することがで
き、永久磁石電動機の性能を向上させることができる。

【００１３】［第３の方法］圧縮装置の駆動装置として
電動機を用いる場合には、電動機のエアギャップのみで
は冷媒ガスの通路が不足するため、固定子コアの外周部
に冷媒通路用の切欠部や空隙を設けたり、固定子コアに
冷媒通路用の孔を設けている。固定子コアの外周部に冷
媒通路用の切欠部を設けた従来の固定子を図１６に示
す。図１６において、固定子２１０は、固定子コア２２
０を有している。固定子コア２２０は、ヨーク部２２１
と、ヨーク部２２１から回転子と対向する側に突出して
設けられた複数のティース部２３０を有している。ティ
ース部２３０の回転子と対向する先端両側には、ティー
ス部先端部２３１ａ及び２３１ｂが設けられている。ま
た、回転子と対向するティース部２３０と反対側のヨー
ク部２２１には、冷媒通路用の切欠部２２３が設けられ
ている。ヨーク部２２１とティース部２３０によってス
ロット部２２５が形成されている。このスロット部２２
５を利用して、ティース部２３０に固定子巻線が巻回さ
れる。例えば、集中巻方式や分布巻方式によって固定子
巻線が巻回される。図１６に示すような従来の固定子で
は、冷媒通路用の切欠部２２３が設けられることによっ
て、ヨーク部２２１に幅が狭い部分が生じる。ヨーク部
２２１に幅が狭い部分が生じると、その部分の磁束密度
が高くなり、電磁鋼板が磁気的に飽和する可能性があ
る。電磁鋼板が磁気的に飽和すると、鉄損が増加し、永
久磁石電動機の性能が低下する。特に、集中巻方式を用
いる場合には、磁束の集中が発生し易い。また、電磁鋼
板の磁気的飽和によって電磁振動が発生し、騒音も発生
する可能性がある。

【００１４】そこで、本実施の形態では、磁束密度を高
くすることなく、ヨーク部に冷媒用通路を設けることが
できる永久磁石電動機を提供する。本実施の形態を図１
により説明する。図１において、ヨーク部２１は、スロ
ット部２５の中央部付近に設けられた基部２２と、スロ
ット部２５の側部側に設けられた縁部２３を有してい
る。基部２２は、固定子コアの中心点Ｐを中心とする、
半径Ｒ４（Ｒ４＝Ｒ３＋Ｙ）の円弧状に形成された外周
部２２ａと、半径Ｒ３の円弧状に形成され、スロット部
２５側の内周部２２ｂを有している。縁部２３は、回転
子との対向面３２に沿った線とスロット部２５の中心線
（開口部２６の中心線）との交点Ｑを中心とする、半径
Ｒ２（Ｒ２＝Ｒ１＋Ｙ）の円弧状に形成された外周部２
３ａと、半径Ｒ１の円弧状に形成された内周部２３ｂを
有している。外周部２３ａが、冷媒通路用の切欠部に相
当する。本実施の形態では、冷媒通路用の切欠部（外周
部２３ａ）は、ヨーク部２１の回転子と対向する側と反
対側の、ティース部３０に対応する位置に設けられてい
る。このティース部３０に対応する位置は、磁束の影響
が少ない位置（磁束密度が低い位置）である。したがっ
て、冷媒通路用の切欠部を設けても、磁束密度が大きく
変動することはない。さらに、本実施の形態では、ヨー
ク部２１の幅Ｙが冷媒通路用の切欠部（外周部２３ａ）
を設けた部分と他の部分でほぼ同じとなるように、スロ
ット部２５に内周部２３ｂを形成している。このよう
に、ヨーク部の幅Ｙをほぼ一定とすることによって、磁
束密度が均一化され、低くすることができ、電磁鋼板が
磁気的に飽和するのを防止することができ、鉄損を低減
することができる。

【００１５】なお、冷媒通路は、切欠部に限定されず、
空隙や、孔でもよい。また、切欠部（外周部２３ａ）の
形状は、円弧に限定されず、直線等種々の形状が可能で
ある。切欠部（外周部２３ａ）の形状に応じて、ヨーク
部２１の幅Ｙがほぼ同じになるように内周部２３ｂの形
状が変更される。また、冷媒通路用の切欠部（外周部２
３ａ）を磁束の影響の少ない位置に設けたが、冷媒通路
用の切欠部の配置位置はこれに限定されない。また、第
１の実施の形態〜第３の実施の形態で説明した、永久磁
石電動機の性能を向上させる方法は、永久磁石埋込型の
永久磁石電動機以外の種々の永久磁石電動機や、他の電
動機にも用いることができる。

【００１６】［第４の方法］以上の実施の形態では、固
定子の構成に注目して永久磁石電動機の性能を向上させ
る方法を検討したが、次に、回転子の構成について検討
する。図２に示す回転子５０は、前述したように磁石収
容孔６１と、磁石収容孔６１に収容される永久磁石６２
を有している。磁石収容孔６１の回転子コア６０の反径
方向外周側の面６１ａは、回転子コア６０の外周端（回
転子と対向する外周面）に近接する位置６１ｅ及び６１
ｆまで延び、回転子コア６０の外周端に沿って設けられ
ている面６１ｃ、６１ｄに接続されている。永久磁石６
２を回転子コア６０の軸線に垂直な断面でみると、端点
６２ｅ〜６２ｈを有している。

【００１７】ここで、磁石収容孔６１の位置６１ｅ及び
６１ｆと回転子コア６０の中心点Ｒを結ぶ線の間の角度
（磁石収容孔の開角）をθ１とする。また、磁石収容孔
６１に収容されている永久磁石６２の断面上における端
点のうち、回転子コア６０の半径方向外側の端点６２ｅ
及び６２ｆと回転子コア６０の中心点Ｒを結ぶ線の間の
角度（永久磁石の開角）をθ２とする。そして、永久磁
石６２の開角θ２と磁石収容孔６１の開角θ１との比
［θ２／θ１］に対するコギングトルクを求めたとこ
ろ、図１４に示すような結果が得られた。なお、図１４
の横軸は［θ２／θ１］を示し、縦軸はトルクを示して
いる。また、図１１において、四角を付した特性線図は
通電時のトルクを示し、丸を付した特性線図はコギング
トルクを示す。図１１から、［θ２／θ１］を小さくす
ると、コギングトルクが減少することが理解できる。す
なわち、［θ２／θ１］を小さくすると、永久磁石６２
の幅（６２ｅと６２ｆ間の長さ）が短くなって、永久磁
石６２と磁石収容孔６１の間に空隙が生じる。これによ
り、回転子コア６０の外周端と空隙間の電磁鋼板部分が
徐々に狭幅になり、磁束密度が徐々に高くなる。これに
より、この部分の磁束の流出入量が徐々に変化していく
ことになる。その結果、固定子のティース部３０と回転
子間で流出入する磁束量が徐々に減少していくことによ
り、回転子の磁極間における急激な磁束変化がなくな
り、コギングトルクを小さくすることができる。図１４
から、［θ２／θ１］を０．９５以下に設定することに
より、コギングトルクの低減効果が高い。

【００１８】一方、図１４から、通電時のトルクは、
［θ２／θ１］を小さくすると減少する。すなわち、
［θ２／θ１］を小さくしすぎると、永久磁石６２の幅
が短くなり、マグネットトルクを大きくすることができ
ない。このため、通電時のトルクが減少することにな
る。ここで、［θ２／θ１］に対する電動機の効率を求
めたところ、図１５に示す結果が得られた。図１５の横
軸は［θ２／θ１］を示し、縦軸は電動機の効率を示し
ている。図１５から、［θ２／θ１］を０．８以上に設
定することにより、電動機効率を向上させることができ
る。以上のことから、永久磁石６２の開角θ２と磁石収
容孔の開角θ１との比［θ２／θ１］を、［０．８≦θ
２／θ１≦０．９５］の条件を満足するように構成する
ことによって、効率を低下させることなくコギングトル
クを低減することができる。

【００１９】本発明の永久磁石電動機は、図２に示した
構成の回転子以外にも種々の構成の回転子を用いること
ができる。以下の、他の構成の回転子について説明す
る。まず、図３に示す回転子について説明する。図３に
示す回転子は、図２に示す回転子と比べて、磁石収容孔
及び永久磁石の形状が異なっている。図３に示す回転子
コア７０には、回転子コア７０の中心に向って突条に配
置された、断面が円弧状の磁石収容孔７１が設けられて
いる。磁石収容孔７１は、回転子コア７０の反径方向外
周側の内周面７１ａを有している。内周面７１ａは、円
弧形状に沿って回転子コア７０の外周端に近接する位置
７１ｅ、７１ｆまで延び、回転子コア７０の外周端に沿
って設けられている内周面７１ｃ及び７１ｄに接続され
ている。磁石収容孔７１には、永久磁石７２が収容され
ている。この時、磁石収容孔７１の両端部には非磁性部
である空隙部７３ａ、７３ｂが形成される。図３に示す
回転子コア７０では、磁石収容孔７１の半径方向外周側
の内周面に沿って回転子コア７０の外周端に近接する位
置７１ｅ及び７１ｆと回転子コア７０の中心点Ｒを結ぶ
線の間の角度が磁石収容孔７１の開角θ１である。ま
た、永久磁石７２の回転子コア７０の軸線に垂直な断面
でみたときの端点のうち、半径方向外周側の端点７２ｅ
及び７２ｆと回転子コア７０の中心点Ｒを結ぶ線の間の
角度が永久磁石７２の開角θ２である。

【００２０】次に、図４に示す回転子について説明す
る。図４に示す回転子は、図２に示す回転子と比べて、
磁石収容孔及び永久磁石の形状が異なっている。図４に
示す回転子コア８０には、磁石収容孔８１が設けられて
いる。磁石収容孔８１は、半径方向外周側の内周面が直
線状に形成され、半径方向内側の内周面が回転子コア８
０の中心に向って突状に形成されている。回転子コア８
０の半径方向外周側の内周面８１ａは、回転子コア８０
の外周端に近接する位置８１ｅ、８１ｆまで延び、回転
子コア８０の外周端に沿って設けられている内周８１ｃ
及び８１ｄに接続されている。磁石収容孔８１には、永
久磁石８２が収容されている。この時、磁石収容孔８１
の両端部には、非磁性部である空隙部８３ａ、８３ｂが
形成される。図４に示す回転子コア８０では、磁石収容
孔８１の半径方向外周側の内周面８１ａに沿って回転子
コア８０の外周端に近接する位置８１ｅ及び８１ｆと回
転子コア８０の中心点Ｒを結ぶ線の間の角度が磁石収容
孔８１の開角θ１である。また、永久磁石８２を回転子
コア８０の軸線に垂直な断面でみたときの端点のうち
の、半径方向外周側の外周面の端点８２ｅ及び８２ｆと
回転子コア８０の中心点Ｒを結ぶ線の間の角度が永久磁
石８２の開角θ２である。

【００２１】次に、図５に示す回転子について説明す
る。図５に示す回転子は、図１に示す回転子に比べて、
磁石収容孔に複数の永久磁石を収容している点が異な
る。図５に示す回転子コア９０には、回転子コア９０の
中心に向いて突状の、断面略ハの字状の磁石収容孔９１
が設けられている。磁石収容孔９１は、磁石収容孔９２
及び９３を有している。磁石収容孔９２、９３は、回転
子コア９０の半径方向外周側の内周面９２ａ、９３ａを
有している。内周面９２ａ、９３ａは、回転子コア９０
の外周端に近接する位置９２ｂ、９３ｂまで延び、回転
子コア９０の外周端に沿って設けられている内周面９２
ｃ、９３ｃに接続されている。磁石収容孔９２及び９３
には、それぞれ永久磁石９５及び９６が収容されてい
る。この時、磁石収容孔９２、９３の外周端側には非磁
性部である空隙部９４ａ、９４ｂが形成される。図５に
示す回転子コア９０では、磁石収容孔９２、９３の半径
方向外周側の内周面９２ａ、９３ａに沿って回転子コア
９０の外周端に近接するまで延びた位置９２ｂ、９３ｂ
と回転子コア９０の中心点Ｒを結ぶ線の間の角度が磁石
収容孔９１の開角θ１である。また、永久磁石９５、９
６を回転子コア９０の軸線と垂直な断面でみたときの端
点のうち、回転方向外周側の端点９５ｂ、９６ｂと回転
子コア９０の中心点Ｒを結ぶ線の間の角度が永久磁石９
５、９６の開角θ２である。

【００２２】次に、図６に示す回転子について説明す
る。図６に示す回転子は、図１に示す回転子に比べて、
磁石収容孔に複数の永久磁石を収容している点が異な
る。図６に示す回転子コア１００には、回転子コア１０
０の中心に向いて突状の、断面略台形状の磁石収容孔１
０１が設けられている。磁石収容孔１０１は、磁石収容
孔１０２、１０３、１０４を有している。磁石収容孔１
０２、１０３、１０４は、回転子コア１００の半径方向
外周側の内周面１０２ａ、１０３ａ、１０４ａを有して
いる。内周面１０３ａ、１０４ａは、回転子コア１００
の外周端に近接する位置１０３ｂ、１０４ｂまで延び、
回転子コア１００の外周端に沿って設けられている内周
面１０３ｃ、１０４ｃに接続されている。磁石収容孔１
０２、１０３及び１０４には、それぞれ永久磁石１０
５、１０６及び１０７が収容されている。この時、磁石
収容孔１０３、１０４の外周端側には非磁性部である空
隙部１０８ａ、１０８ｂが形成される。磁石収容孔１０
２と１０３及び１０４との間にも、永久磁石の形状の関
係で空隙部１０８ｃ及び１０８ｄが形成される。図６に
示す回転子コア１００では、磁石収容孔１０３、１０４
の半径方向外周側の内周面１０３ａ、１０４ａに沿って
回転子コア１００の外周端に近接する位置１０３ｂ、１
０４ｂと回転子コア１００の中心点Ｒを結ぶ線の間の角
度が磁石収容孔１０１の開角θ１である。また、永久磁
石１０５、１０６、１０７を回転子コア１００の軸線と
垂直な断面でみたときの端点のうち、回転方向外周側の
端点１０６ｂ、１０７ｂと回転子コア１００の中心点Ｒ
を結ぶ線の間の角度が永久磁石１０５．１０６、１０７
の開角θ２である。

【００２３】次に、図７に示す回転子について説明す
る。図７に示す回転子は、図１に示す回転子に比べて、
磁石収容孔とは別に非磁性部である空隙部が設けられて
いる点が異なる。図７に示す回転子コア１１０には、磁
石収容孔１１１、空隙孔１１３、１１５を有している。
磁石収容孔１１１と空隙孔１１３、１１５の間には壁１
１２、１１４が向けられている。磁石収容孔１１１は、
回転子コア１１０の半径方向外周側の内周面１１１ａを
有している。また、空隙孔１１３、１１５は、回転子コ
ア１１０の半径方向外周側の内周面１１３ａ、１１５ａ
を有している。内周面１１１ａ、１１３ａ、１１５ａ
は、ほぼ直線状に向けられている。磁石収容孔１１１に
は、永久磁石１１６が収容されている。図７に示す回転
子コア１１０では、空隙孔１１３、１１５の半径方向外
周側の内周面１１３ａ、１１５ａに沿って回転子コア１
１０の外周端に近接する位置１１３ｂ、１１５ｂと回転
子コア１１０の中心点Ｒを結ぶ線の間の角度が磁石収容
孔１１１の開角θ１である。また、永久磁石１１６を回
転子コア１１０の軸線と垂直な断面でみたときの端点の
うち、回転方向外周側の端点１１１ｂ、１１１ｃと回転
子コア１１０の中心点Ｒを結ぶ線の間の角度が永久磁石
１１６の開角θ２である。

【００２４】次に、図８に示す回転子について説明す
る。図８に示す回転子は、図７に示す回転子に比べて、
空隙孔が開口している点が異なる。図８に示す回転子コ
ア１２０には、磁石収容孔１２１、空隙孔１２３、１２
６を有している。磁石収容孔１２１と空隙孔１２３、１
２６の間には壁１２４、１２５が向けられている。ま
た、空隙孔１２３、１２５は、開口部１２４、１２７に
よって回転子コア１２０の外周端に開口されている。磁
石収容孔１２１は、回転子コア１２０の半径方向外周側
の内周面１２１ａを有している。また、空隙孔１２３、
１２６は、回転子コア１２０の半径方向外周側の内周面
１２３ａ、１２６ａを有している。内周面１２１ａ、１
２３ａ、１２６ａは、ほぼ直線状に設けられている。磁
石収容孔１２１には、永久磁石１２８が収容されてい
る。図８に示す回転子コア１２０では、空隙孔１２３、
１２６の半径方向外周側の内周面１２３ａ、１２６ａに
沿って回転子コア１２０の外周端に近接する位置１２３
ｂ、１２６ｂと回転子コア１２０の中心点Ｒを結ぶ線の
間の角度が磁石収容孔１２１の開角θ１である。また、
永久磁石１２８を回転子コア１２０の軸線と垂直な断面
でみたときの端点のうち、回転方向外周側の端点１２８
ｂ、１２８ｃと回転子コア１２０の中心点Ｒを結ぶ線の
間の角度が永久磁石１２８の開角θ２である。

【００２５】次に、図９に示す回転子について説明す
る。図９に示す回転子は、図１に示す回転子に比べて、
磁石収容孔に複数の永久磁石を収容し、かつ各極を多層
（図９では２層）で構成している点が異なる。図９に示
す回転子コア１３０には、回転子コア１３０の中心Ｒに
向いて突状の、断面略ハの字状の２層の磁石収容孔１３
１、１３２が設けられている。内側の磁石収容孔１３１
は、磁石収容孔１３３、１３４を有している。外側の磁
石収容孔１３２は、磁石収容孔１３５、１３６を有して
いる。磁石収容孔１３５、１３６は、回転子コア１３０
の半径方向外周側の内周面１３５ａ、１３６ａを有して
いる。内周面１３５ａ、１３６ａは、回転子コア１３０
の外周端に近接する位置１３５ｂ、１３６ｂまで延び、
回転子コア１３０の外周端に沿って設けられている内周
面１３５ｃ、１３６ｃに接続されている。磁石収容孔１
３５、１３６には、それぞれ永久磁石１３９、１４０が
収容されている。この時、磁石収容孔１３５、１３６の
外周端側には非磁性部である空隙部１４１ａ、１４１ｂ
が形成される。なお、磁石収容孔１３３、１３４も同様
に構成され、永久磁石１３７、１３８が収容されてい
る。図９に示す回転子コア１３０では、各極を構成する
多層の磁石収容孔のうち回転子コア１３０の外周側に設
けられている磁石収容孔１３５、１３６の半径方向外周
側の外周面１３５ａ、１３６ａに沿って回転子コア１３
０の外周端に近接する位置１３５ｂ、１３６ｂと回転子
コア１３０の中心点Ｒを結ぶ線の間の角度が磁石収容孔
１３２の開角θ１である。また、永久磁石１３９、１４
０を回転子コア１３０の軸線と垂直な断面でみたときの
端点のうち、半径方向外周側の端点１３９ｂ、１４０ｂ
と回転子コア１３０の中心点Ｒを結ぶ線の間の角度が永
久磁石１３９、１４０の開角θ２である。

【００２６】本発明は、実施の形態で説明した構成に限
定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変
更、追加、削除が可能である。例えば、実施の形態で
は、永久磁石埋込型の永久磁石電動機について説明した
が、本発明は永久磁石埋込型の永久磁石電動機以外の種
々の永久磁石電動機に用いることができる。また、第１
の実施の形態〜第４の実施の形態で説明した永久磁石電
動機の性能向上手段は、個々に用いてもよいし、適宜に
選択したいくつかを組み合わせて用いてもよい。また、
磁石収容孔の形状や個数、磁石収容孔に収容する永久磁
石の形状や個数等は適宜変更可能である。また、空隙部
や空隙孔の形状等は適宜変更可能である。また、回転子
コアの形状は適宜変更可能である。また、圧縮装置の駆
動装置として用いた場合について説明したが、本発明は
圧縮装置以外の種々の分野で使用することができる。ま
た、本明細書中で用いられている［≦］は、必ずしも等
号を含まなくてもよい。例えば、［０．４＜Ｙ／Ｔ＜
０．６］等のように記載することもできる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜９に記
載の永久磁石電動機を用いれば、永久磁石電動機の性能
を向上させることができる。また、請求項１０に記載の
圧縮装置を用いれば、圧縮装置の性能を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の永久磁石電動機で用いる固定子の一実
施の形態を示す図である。

【図２】本発明の永久磁石電動機で用いる回転子の一実
施の形態を示す図である。

【図３】本発明の永久磁石電動機で用いる回転子の他の
実施の形態を示す図である。

【図４】本発明の永久磁石電動機で用いる回転子の他の
実施の形態を示す図である。

【図５】本発明の永久磁石電動機で用いる回転子の他の
実施の形態を示す図である。

【図６】本発明の永久磁石電動機で用いる回転子の他の
実施の形態を示す図である。

【図７】本発明の永久磁石電動機で用いる回転子の他の
実施の形態を示す図である。

【図８】本発明の永久磁石電動機で用いる回転子の他の
実施の形態を示す図である。

【図９】本発明の永久磁石電動機で用いる回転子の他の
実施の形態を示す図である。

【図１０】［ヨーク部の幅／ティース部の幅］と磁束密
度との関係を示す図である。

【図１１】［ティース部先端部の根元寸法／ティース部
の幅］とマグネットトルク及びリラクタンストルクとの
関係を示す図である。

【図１２】［ティース部先端部の根元寸法／ティース部
の幅］が大きい場合の磁束の状態を示す図である。

【図１３】［ティース部先端部の根元寸法／ティース部
の幅］が小さい場合の磁束の状態を示す図である。

【図１４】［磁石収容孔の開角／永久磁石の開角］とト
ルクとの関係を示す図である。

【図１５】［磁石収容孔の開角／永久磁石の開角］と効
率との関係を示す図である。

【図１６】従来の永久磁石電動機で用いられている固定
子を示す図である。

【符号の説明】

２０固定子コア２１ヨーク部２３ａ冷媒通路用の切欠部３０ティース部３１ａ、３１ｂティース部先端部６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１
３０回転子コア６１、７１、８１、９１、９２、９３、１０１、１０
２、１０３、１０４、１１１、１２１、１３１、１３
２、１３３、１３４、１３５、１３６磁石収容孔６２、７２、８２、９５、９６、１０５、１０６、１０
７、１１６、１２８、１３７、１３８、１３９、１４０
永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 1/27 Ｈ０２Ｋ 1/27 ５０１Ｋ５０１Ｍ // Ｈ０２Ｋ 1/16 1/16 Ｃ (72)発明者冨田睦雄愛知県名古屋市中村区千原町２番39号レジデンス岩島407 (72)発明者佐藤光彦愛知県名古屋市瑞穂区新開町11−９シティコーポ新開405 (72)発明者金子清一三重県桑名郡木曽岬町栄68−４ (72)発明者鈴木光広愛知県名古屋市緑区鳴海町字山ノ神72 Ｆターム(参考） 5H002 AA01 AA09 AB04 AD04 AE06 AE07 AE08 5H621 AA03 GA01 GA04 GA15 HH01 JK11 5H622 AA03 CA02 CA10 CA13 CB03 CB04 DD02 PP03 PP10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石を有する回転子と、ヨーク部及
びヨーク部から回転子と対向する方向に突出するティー
ス部を有する固定子とを備える永久磁石電動機であっ
て、ティース部の幅をＴ、ヨーク部の幅をＹとしたとき、
［０.４≦Ｙ／Ｔ≦０.６］の条件を満足するように構成
されている、永久磁石電動機。
【請求項２】請求項１に記載の永久磁石電動機であっ
て、ティース部の回転子と対向する部分にはティース部先端
部が設けられており、ティース部先端部の根元寸法をＢ
としたとき、［０.２≦Ｂ／Ｔ≦０.５］の条件を満足す
るように構成されている、永久磁石電動機。
【請求項３】永久磁石を有する回転子と、ヨーク部及
びヨーク部から回転子と対向する方向に突出するティー
ス部を有する固定子とを備える永久磁石電動機であっ
て、ティース部の回転子と対向する部分にはティース部先端
部が設けられており、ティース部の幅をＴ、ティース部
先端部の根元寸法をＢとしたとき、［０.２≦Ｂ／Ｔ≦
０.５］の条件を満足するように構成されている、永久
磁石電動機。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁
石電動機であって、回転子には永久磁石を収容する磁石収容孔が設けられて
おり、磁石収容孔の開角をθ１、磁石収容孔に収容され
た永久磁石の開角をθ２としたとき、［０.８０≦θ２
／θ１≦０.９５］の条件を満足するように構成されて
いる、永久磁石電動機。
【請求項５】永久磁石を有する回転子と、ヨーク部及
びヨーク部から回転子と対向する方向に突出するティー
ス部を有する固定子とを備える永久磁石電動機であっ
て、回転子には永久磁石を収容する磁石収容孔が設けられて
おり、磁石収容孔の開角をθ１、磁石収容孔に収容され
た永久磁石の開角をθ２としたとき、［０.８０≦θ２
／θ１≦０.９５］の条件を満足するように構成されて
いる、永久磁石電動機。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の永久磁
石電動機であって、回転子と対向するティース部と反対
側のヨーク部に冷媒通路用の切欠部が設けられている永
久磁石電動機。
【請求項７】請求項６に記載の永久磁石電動機であっ
て、冷媒通路用の切欠部は磁束密度が低い個所に設けら
れている永久磁石電動機。
【請求項８】請求項６または７に記載の永久磁石電動
機であって、ヨーク部の幅が、冷媒通路用の切欠部が設
けられている部分及び他の部分でほぼ同じになるように
構成されている永久磁石電動機。
【請求項９】永久磁石を有する回転子と、ヨーク部及
びヨーク部から回転子と対向する方向に突出するティー
ス部を有する固定子とを備える永久磁石電動機であっ
て、回転子と対向するティース部と反対側のヨーク部で、磁
束密度が低い個所に冷媒通路用の切欠部が設けられてお
り、ヨーク部の幅が、冷媒用通路の切欠部が設けられて
いる部分及び他の部分でほぼ同じになるように構成され
ている、永久磁石電動機。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の永久
磁石電動機を駆動装置として用いた圧縮装置。