JP2019186972A - 永久磁石電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】リラクタンストルクの低下を許容しながら、効率を向上させることができる技術を提供する。【解決手段】固定子巻線は、集中巻き方式でティースに巻き付けられている。回転子１２０は、周方向に沿って主磁極［Ａ］〜［Ｄ］と補助磁極［ＡＢ］〜［ＤＡ］が交互に配置されているとともに、主磁極［Ａ］〜［Ｄ］に形成されている磁石挿入孔１３１、１３２に挿入されている永久磁石１４１、１４２を有している。回転子１２０の外周面は、主磁極［Ａ］〜［Ｄ］のｄ軸と交差する第１外周面部分１２０ａと、補助磁極［ＡＢ］〜［ＤＡ］のｑ軸と交差する第２外周面部分１２０ｂを有している。磁石挿入孔１３１、１３２の幅Ｗと、第１外周面部分１２０ａと第２外周面部分１２０ｂとの間のｑ軸上の間隔（第２外周面部分１２０ｂの深さ）Ｈは、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑが、［０．９≦（Ｌｑ／Ｌｄ）≦１．１］を満足するるように設定される。【選択図】図２

Description

本発明は、回転子に形成された磁石挿入孔に永久磁石が挿入されている永久磁石電動機に関する。

圧縮機、空調器、車載機器等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、特許文献１（特開２００１−２１１５８２号公報）に開示されている永久磁石電動機が知られている。特許文献１に開示されている永久磁石電動機は、固定子と回転子を備え、回転子は、磁石挿入孔に挿入されている永久磁石を有している。永久磁石としては、安価なフェライト磁石や、フェライト磁石より高価であるが、残留磁束密度や保持力が大きい希土類磁石、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）と鉄（Ｆｅ）を含むネオジウム磁石が用いられる。
永久磁石電動機のトルクＴは、永久磁石による磁束量をΦ、ｑ軸電流をＩｑ、ｄ軸電流をＩｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑ、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、回転子の極対数をＰとすると、以下の式で表される。
Ｔ＝Ｐ［Φ・Ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ・Ｉｑ］
上式の右辺の第１項は、永久磁石の磁束によるマグネットトルクを示し、第２項は、回転子の突極性（ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差）によるリラクタンストルクを示している。
ここで、（Ｌｑ＞Ｌｄ）に設定するとともに、固定子巻線の電流を進角制御することによってリラクタンストルクが正となり、マグネットトルクとリラクタンストルクの和であるトルクＴが増加する。
このため、従来の永久磁石電動機では、リラクタンストルクを有効に利用して永久磁石電動機のトルクＴを増加させるために、ｑ軸インダクタンスＬｑがｄ軸インダクタンスＬｄより大きくなるように構成されている。

特開２００１−２１１５８２号公報

従来の永久磁石電動機では、リラクタンストルクを利用して、永久磁石の使用量を低減するために、ｑ軸インダクタンスＬｑがｄ軸インダクタンスＬｄより大きくなるように構成されている。
ここで、本発明者は、ｄ軸インダクタンスＬｄに対するｑ軸インダクタンスＬｑの比（Ｌｑ／Ｌｄ）と永久磁石電動機の効率（鉄損や銅損）との関係について検討した。その結果、比（Ｌｑ／Ｌｄ）が大きくなると、すなわち、ｑ軸インダクタンスＬｑがｄ軸インダクタンスＬｄに較べて大きくなると、鉄損が増加して、効率が低下することが分かった。なお、比（Ｌｑ／Ｌｄ）を小さくすると、リラクタンストルクが小さくなる。
また、近年、希土類磁石の性能を高める技術が開発されている。例えば、特開２００８−２６３１７９号公報や特開２００９−２８９９９４号公報に、ネオジウム磁石の外周面からディスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）を拡散させることによってネオジウム磁石の保持力を高める技術が開示されている。
このような高性能の永久磁石を用いることにより、マグネットトルクによって所望のトルク全部あるいは大部分を確保することができるようになった。一方、このような場合において、比（Ｌｑ／Ｌｄ）が大きいと、鉄損が増加して効率を向上させることができない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、効率の向上に重点をおき、リラクタンストルクの低下を許容しながら、効率を向上させることができる技術を提供することを目的とする。

本発明の永久磁石電動機は、固定子と回転子を備えている。
固定子は、周方向に隣接して配置されている複数のティースと、複数のティースに巻き付けられている固定子巻線と、固定子内側空間を形成する固定子内周面を有している。好適には、固定子は、周方向に沿って延在するヨークと、ヨークから径方向に沿って径方向内側に延在する複数のティースを有し、各ティースの先端側のティース先端面によって固定子内側空間が形成される。また、本発明の永久磁石電動機では、固定子巻線が集中巻き方式で各ティースに巻き付けられている集中巻き永久磁石電動機として構成されている。固定子巻線を集中巻方式で巻き付けることにより、分布巻方式で巻き付ける場合に比べて巻線作業が容易であり、銅損が少なく、また、小型に製造することができる。
回転子は、固定子内側空間内に回転可能に配置されている。また、回転子は、周方向に沿って主磁極と補助磁極が交互に配置されているとともに、主磁極に、軸方向に沿って延在する磁石挿入孔が形成されている。そして、磁石挿入孔に永久磁石が挿入されている。永久磁石としては、好適には、性能が高められた希土類磁石、例えば、ディスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）が拡散されたネオジウム磁石が用いられる。もちろん、ネオジウム磁石等の高性能の希土類磁石を用いることもできる。磁石挿入孔に挿入された永久磁石によって、主磁極と補助磁極が規定され、また、主磁極のｄ軸と補助磁極のｑ軸が規定される。なお、ｄ軸は、回転子の中心と主磁極の周方向中央を結ぶ線として規定され、ｑ軸は、回転子の中心と補助磁極の周方向中央を結ぶ線として規定される。
回転子の外周面は、主磁極のｄ軸と交差する第１外周面部分と、補助磁極のｑ軸と交差する第２外周面部分を有している。第２外周面部分は、第１の外周面部分より径方向内側に配置されている。第１外周面部分と第２外周面部分は、好適には、回転子の中心を中心点とする、異なる半径の円弧形状を有している。もちろん、第１外周面部分や第２外周面部分の形状は、これに限定されない。
本発明は、直径Ｄが［４５ｍｍ≦Ｄ≦９０ｍｍ］の範囲内に設定されている回転子を備える永久磁石電動機として構成される。
また、第１外周面部分と固定子内周面との間の距離（エアギャップ）Ｇが、［０．４５ｍｍ≦Ｇ≦０．６５ｍｍ］の範囲内に設定されている。距離Ｇが０．４５ｍｍより短い場合には、エアギャップ中の空間高調波が増加する。このため、鉄損が増加する。距離Ｇが０．６５ｍｍより長い場合には、エアギャップの磁気抵抗が増大する。このため、固定子巻線に流す電流を増大させる必要があり、銅損が増大する。
また、回転子の中心に対する第１外周面部分の開角度θ１が、［（５０／Ｐ）度≦θ１≦（６０／Ｐ）度］（Ｐ：回転子の極対数）の範囲内に設定されている。回転子の直径Ｄが［４５ｍｍ≦Ｄ≦９０ｍｍ］の範囲内に設定されている集中巻き方式の永久磁石電動機では、第１外周面部分の開角度θ１が、（５０／Ｐ）度より小さい場合、あるいは、（６０／Ｐ）度より大きい場合には、コギングトルクが増加し、騒音や振動が増大する。
そして、距離Ｇ、磁石挿入孔の幅Ｗおよび第１外周面部分と第２外周面部分との間のｑ軸上の距離（第２外周面部分の、ｑ軸上の深さ）Ｈは、ｄ軸インダクタンスＬｄに対するｑ軸インダクタンスＬｑの比（Ｌｑ／Ｌｄ）が、［０．９≦（Ｌｑ／Ｌｄ）≦１．１］の範囲内となるように設定されている。（Ｌｑ／Ｌｄ）が０．９より小さい場合には、鉄損および銅損が増加して効率が低下する。（Ｌｑ／Ｌｄ）が１．１より大きい場合には、鉄損が増大して効率が低下する。すなわち、（Ｌｑ／Ｌｄ）が、０．９と１．１の範囲内に設定されていることにより、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
本発明では、リラクタンストルクの低下を許容しながら、効率を向上させることができる。
本発明の他の形態では、回転子の外周面は、第１外周面部分と第２外周面部分との間に、直線状に延在する接続部分を有する。接続部分は、好適には、ｄ軸に平行（「略平行」を含む）に直線状に延在するように形成されるが、径方向に平行（「略平行」を含む）に直線状に延在するように形成することもできる。接続部分が直線状に延在していると、第１外周面部分と第２外周面部分との間の磁気抵抗が大きく変化する。これにより、磁束が第１外周面部分に集中し、効率が向上する。
本形態では、第２外周面部分を容易に形成することができる。

本発明の永久磁石電動機では、リラクタンストルクの低下を許容しながら、効率を向上させることができる。

第１実施形態の永久磁石電動機の断面図である。 図１の要部拡大図である。 第２外周面部分の深さＨと、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑおよび効率との関係を示すグラフである。 第２実施形態の永久磁石電動機の回転子の断面図である。 第３実施形態の永久磁石電動機の回転子の断面図である。 第４実施形態の永久磁石電動機の回転子の断面図である。 第５実施形態の永久磁石電動機の回転子の断面図である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、本明細書中では、「軸方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、回転子の中心（回転中心）を通る回転中心線の延在方向を示す。「周方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、軸方向に直交する方向から見て、回転子の中心を中心点とする円周方向を示す。「径方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、軸方向に直交する方向から見て、回転子の中心を通る方向を示す。

本発明の永久磁石電動機の第１実施形態１００を、図１、図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態の永久磁石電動機１００の断面図であり、図２は、図１の要部拡大図である。
永久磁石電動機１００は、固定子１１０と、固定子１１０に対して回転可能に支持されている回転子１２０により構成されている。
固定子１１０は、板状の電磁鋼板を複数枚積層して形成された固定子コアにより構成されている。固定子１１０は、周方向に沿って延在するヨーク１１１と、ヨーク１１１から径方向に沿って回転中心Ｏ側（径方向内側）に延在するティース１１２を有している。ティース１１２は、径方向に沿って延在するティース基部１１３と、ティース基部１１３の径方向内側に連設され、周方向に沿って延在するティース先端部１１４により形成されている。ティース先端部１１４の径方向内側には、ティース先端面１１４ａが形成されている。ティース先端面１１４ａは、回転中心Ｏを中心点とする円弧形状に形成されている。各ティース１１２のティース先端面１１４ａによって、固定子１１０の内側に固定子内側空間が形成される。ティース先端面１１４ａが、本発明の「固定子内周面」に対応する。
周方向に隣接するティース１１２によりスロット１１５が形成されている。
本実施形態の永久磁石電動機１００では、ティース１１２（スロット１１５）が６個設けられている（６スロット）。そして、固定子巻線（図示省略）は、集中巻き方式で各ティース１１２（詳しくは、ティース基部１１３）に巻き付けられている。
固定子巻線を集中巻き方式で巻き付ける方法としては、種々の方法を用いることができる。例えば、固定子１１０の軸方向両側に、絶縁特性を有する樹脂により形成された樹脂ボビンを配置する。樹脂ボビンは、周方向および軸方向に沿って延在する外壁部、外壁部より径方向内側に配置され、周方向および軸方向に沿って延在する複数の内壁部、外壁部と各内壁部を連結するように径方向に沿って延在する複数の連結部、外壁部、内壁部および連結部により形成される凹部を有する。樹脂ボビンは、外壁部、連結部および内壁部が、それぞれ固定子１１０のヨーク１１１、ティース基部１１３およびティース先端部１１４に対向する位置に配置される。そして、樹脂ボビンを固定子１１０の軸方向両側に配置した状態で、樹脂ボビンの各連結部を介して固定子１１０の各ティース１１２（ティース基部１１３）に固定子巻線を巻き付ける。
固定子巻線を集中巻方式で巻き付けることにより、分布巻方式で巻き付ける場合に比べて、巻線作業が容易であり、銅損が少なく、また、小型に製造することができる。

回転子１２０は、板状の電磁鋼板を複数枚積層して形成された回転子コアにより構成されている。回転子１２０は、内周面２１０により形成される回転軸挿入孔に回転軸（図示省略）が挿入され、固定子１１０の固定子内側空間内に回転可能に配置されている。本実施形態では、回転子１２０は、第１外周面部分１２０ａ（後述する）とティース先端面１１４ａ（固定子内周面）との間に空隙（エアギャップ）Ｇが保持されるように配置されている。
回転子１２０は、周方向に沿って主磁極［Ａ］〜［Ｄ］と補助磁極［ＡＢ］〜［ＤＡ］が交互に配置されている。本実施形態では、回転子１２０の主磁極の数（極数）が４に設定されている。すなわち、４極構造の回転子１２０を有している。
各主磁極には磁石挿入孔１３１、１３２が形成され、磁石挿入孔１３１、１３２には永久磁石１４１、１４２が挿入されている。永久磁石１４１、１４２としては、好適には、性能が高められた希土類磁石、例えば、ディスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）が拡散されたネオジウム磁石が用いられる。もちろん、所望のトルクに応じて、ネオジウム磁石等の希土類磁石を用いることもできる。
永久磁石１４１、１４２によって、主磁極［Ａ］〜［Ｄ］と補助磁極［ＡＢ］〜［ＤＡ］が規定され、また、主磁極［Ａ］〜［Ｄ］のｄ軸と補助磁極［ＡＢ］〜［ＤＡ］のｑ軸が規定される。
ｄ軸は、回転中心Ｏと主磁極［Ａ］〜［Ｄ］の周方向中心を結ぶ線として規定され、ｑ軸は、回転中心Ｏと補助磁極［ＡＢ］〜［ＤＡ］の周方向中心を結ぶ線として規定される。

回転子１２０の外周面は、ｄ軸と交差する第１外周面部分１２０ａ、ｑ軸と交差し、第１外周面部分１２０ａより径方向内側に配置されている第２外周面部分１２０ｂ、第１外周面部分１２０ａと第２外周面部分１２０ｂを接続する接続部分１２０ｃおよび１２０ｄを有している。
本実施形態では、第１外周面部分１２０ａは、回転中心Ｏを中心点とする半径Ｒ１の円弧形状を有し、第２外周面部分１２０ｂは、回転中心Ｏを中心点とする半径Ｒ２（＜Ｒ１）の円弧形状を有している。また、接続部分１２０ｃ、１２０ｄは、ｄ軸に平行（「略平行」を含む）に直線状に延在している。接続部分１２０ｃ、１２０ｄは、回転中心Ｏを通る径方向に平行（「略平行」を含む）に直線状に延在するように形成することもできる。なお、第１外周面部分１２０ａ、第２外周面部分１２０ｂ、接続部分１２０ｃ、１２０ｄの形状は、これに限定されない。

本実施形態では、主磁極［Ａ］〜［Ｄ］には、直線状に延在する第１磁石挿入孔１３１と第２磁石挿入孔１３２が、ｄ軸を挟んで両側に、回転中心Ｏ側に飛び出ているＶ字を構成するように形成されている。
第１磁石挿入孔１３１は、内周側壁部１３１ａ、外周側壁部１３１ｂ、内周側端壁部１３１ｃ、外周側端壁部１３１ｄ、連結用端壁部１３１ｅを有している。第２磁石挿入孔１３２は、内周側壁部１３２ａ、外周側壁部１３２ｂ、内周側端壁部１２１ｃ、外周側端壁部１３２ｄ、連結用端壁部１３２ｅを有している。
第１磁石挿入孔１３１と第２磁石挿入孔１３２の間には、ｄ軸に平行（「略平行」を含む）に延在する内周側端壁部１３１ｃと１３２ｃによって中央ブリッジ部１２５が形成されている。また、第１磁石挿入孔１３１と第２外周面部分１２０ｂの間には、外周ブリッジ部１２６が形成され、第２磁石挿入孔１３２と第２外周面部分１２０ｂの間には、外周ブリッジ部１２７が形成されている。また、ｑ軸に平行（「略平行」を含む）に延在する第１磁石挿入孔１３１の連結用端壁部１３１ｅと第２磁石挿入孔１３２の連結用端壁部１３２ｅによって、第１磁石挿入孔１３１と第２磁石挿入孔１３２の間に通路が形成されている。
第１磁石挿入孔１３１と第２磁石挿入孔１３２には、第１永久磁石１４１と第２永久磁石１４２が挿入されている。
第１永久磁石１４１は、内周壁１４１ａ、外周壁１４１ｂ、内周側端壁１４１ｃ、外周側端壁１４１ｄにより、断面が四角形状に形成されている。第１永久磁石１４１の内周側端壁１４１ｃと第１磁石挿入孔１３１の内周側端壁部１３１ｃとの間に空隙部１３１ｆが形成され、第１永久磁石１４１の外周側端壁１４１ｄと第１磁石挿入孔１３１の外周側端壁部１３１ｄとの間に空隙部１３１ｇが形成されている。第２永久磁石１４２は、内周壁１４２ａ、外周壁１４２ｂ、内周側端壁１４２ｃ、外周側端壁１４２ｄにより、断面が四角形状に形成されている。第２永久磁石１４２の内周側端壁１４２ｃと第２磁石挿入孔１３２の内周側端壁部１３２ｃとの間に空隙部１３２ｆが形成され、第２永久磁石１４２の外周側端壁１４２ｄと第２磁石挿入孔１３２の外周側端壁部１３２ｄとの間に空隙部１３２ｇが形成されている。

本実施形態の永久磁石電動機１００の回転子１２０は、直径Ｄが、［４５ｍｍ≦Ｄ≦９０ｍｍ］の範囲内に設定されている。
また、第１外周面部分１２０ａとティース先端面１１４ａ（固定子内周面）との間の距離（エアギャップ）Ｇが、［０．４５ｍｍ≦Ｇ≦０．６５ｍｍ］の範囲内に設定されている。距離Ｇが０．４５ｍｍより短い場合には、エアギャップ中の空間高調波が増加する。このため、鉄損が増加する。距離Ｇが０．６５ｍｍより長い場合には、エアギャップの磁気抵抗が増大する。このため、固定子巻線に流す電流を増大させる必要があり、銅損が増大する。
また、回転中心Ｏに対する第１外周面部分１２０ａの開角度θ１が、［（５０／Ｐ）度≦θ１≦（６０／Ｐ）度］の範囲内に設定されている。なお、Ｐは、回転子１２０の極対数（本実施形態では「２」）である。第１外周面部分１２０ａの開角度θ１は、第１外周面部分１２０ａと周方向一方側の接続部分１２０ｃとの接続点Ｍと、第１外周面部分１２０ａと周方向他方側の接続部分１２０ｄとの接続点Ｎの間の角度である。回転中心Ｏに対する第２外周面部分１２０ｂの開角度θ２は、回転子１２０の極対数Ｐと第１外周面部分１２０ａの開角度θ１によって定まる。回転子の直径Ｄが［４５ｍｍ≦Ｄ≦９０ｍｍ］の範囲内に設定されている集中巻き方式の永久磁石電動機では、第１外周面部分１２０ａの開角度θ１が、（５０／Ｐ）度より小さい場合、あるいは、（６０／Ｐ）度より大きい場合には、コギングトルクが増加し、騒音や振動が増大する。

ここで、回転子１２０におけるｄ軸磁束およびｑ軸磁束の流れについて、図２を参照して説明する。
なお、図２において、Ｇは、回転子１２０の第１外周面部分１２０ａとティース先端面１１４ａ（固定子内周面）との間の距離、すなわち、回転子１２０と固定子１１０との間のエアギャップを示している。また、Ｗは、第１磁石挿入孔１３１および第２磁石挿入孔１３２の幅（内周側壁部と外周側壁部との間の間隔）を示している。磁石挿入孔の幅は、磁石挿入孔の内周側壁部と外周側壁部の間の距離で表される。また、Ｈは、第１外周面部分１２０ａと第２外周面部分１２０ｂとの間の、ｑ軸上の距離、すなわち、第２外周面部分１２０ｂの、ｑ軸上の深さを示している。
回転子１２０では、図２に太い実線矢印で示されている経路でｄ軸磁束が流れ、太い破線矢印で示されている経路でｑ軸磁束が流れる。
ｄ軸磁束が流れる通路のｄ軸インダクタンスＬｄは、［エアギャップＧ＋第１磁石挿入孔１３１の幅Ｗ＋第２磁石挿入孔１３２の幅Ｗ＋エアギャップＧ］によって、すなわち、［２Ｇ＋２Ｗ］によって規定される。
また、ｑ軸磁束が流れる通路のｑ軸インダクタンスＬｑは、［エアギャップＧ＋第２外周面部分１２０ｂの深さＨ＋第２外周面部分１２０ｂの深さＨ＋エアギャップＧ］によって、すなわち、［２Ｇ＋２Ｈ］によって規定される。
以上のことから、ｄ軸インダクタンスＬｄに対するｑ軸インダクタンスＬｑの比（Ｌｑ／Ｌｄ）は、［エアギャップＧ＋磁石挿入孔（第１の磁石挿入孔１３１、第２の磁石挿入孔１３２）の幅Ｗ］に対する［エアギャップＧ＋第２外周面部分１２０ｂの深さＨ］の比によって、すなわち、エアギャップＧ、磁石挿入孔の幅Ｗおよび第２外周面部の深さＨによって規定されることが分かる。

次に、第２外周面部分の深さＨと、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、鉄損、銅損、効率の関係を、図３のグラフを参照して説明する。図３において、横軸は深さＨ（ｍｍ）を示し、縦軸は、インダクタンス（Ｈ）、鉄損（Ｗ）、銅損（Ｗ）および効率（％）が示されている。
図３から、ｄ軸インダクタンスＬｄは、第２外周面部分１２０ｂの深さＨに関係なくほぼ一定である。また、ｑ軸インダクタンスＬｑは、深さＨが深くなるに従って非線形に減少していく。また、銅損は、深さＨが浅い領域では少ないが、深い領域において急激に増大する。また、鉄損は、中間領域において減少し、中間領域に前後において増大する。
ここで、ｄ軸インダクタンスＬｄに対するｑ軸インダクタンスＬｑの比（Ｌｑ／Ｌｄ）と、銅損、鉄損および損失との関係を把握することができる。すなわち、比（Ｌｑ／Ｌｄ）が１．１より大きい領域では、鉄損が多いため、効率はよくない。そして、比（Ｌｑ／Ｌｄ）が１．１以下になると、銅損はほぼ同じであるが、鉄損が減少するため、効率が良くなっている。さらに、比（Ｌｑ／Ｌｄ）が、０．９より小さくなると、鉄損が増加するとともに、銅損も増加するため、効率が悪くなっている。
以上のことから、比（Ｌｑ／Ｌｄ）が、［０．９≦（Ｌｑ／Ｌｄ）≦１．１］の範囲内となるように設定することによって、効率を向上させることができることが理解できる。

以上のように、ｄ軸インダクタンスＬｄに対するｑ軸インダクタンスＬｑの比（Ｌｑ／Ｌｄ）は、［エアギャップＧ］、［磁石挿入孔（第１の磁石挿入孔１３１、第２の磁石挿入孔１３２）の幅Ｗ］および［第２外周面部分１２０ｂの深さＨ］によって規定されることが分かった。
また、ｄ軸インダクタンスＬｄに対するｑ軸インダクタンスＬｑの比（Ｌｑ／Ｌｄ）が、［０．９≦（Ｌｑ／Ｌｄ）≦１．１］の範囲内となるように設定することによって、効率を向上させることができることが分かった。
したがって、［エアギャップＧ］、［磁石挿入孔（第１の磁石挿入孔１３１、第２の磁石挿入孔１３２）の幅Ｗ］と［第２外周面部分１２０ｂの深さＨ］を、ｄ軸インダクタンスＬｄに対するｑ軸インダクタンスＬｑの比（Ｌｑ／Ｌｄ）が、［０．９≦（Ｌｑ／Ｌｄ）≦１．１］の範囲内となるよう設定することによって、効率を向上させることができる。
［エアギャップＧ］、［磁石挿入孔の幅Ｗ］と［第２外周面部分１２０ｂの深さＨ］を、（Ｌｑ／Ｌｄ）が［０．９≦（Ｌｑ／Ｌｄ）≦１．１］の範囲内となるように設定する方法としては、適宜の方法を用いることができる。例えば、先ず、エアギャップＧを設定し、その後、（Ｌｑ／Ｌｄ）が［０．９≦（Ｌｑ／Ｌｄ）≦１．１］の範囲内となるように［磁石挿入孔の幅Ｗ］と［第２外周面部分１２０ｂの深さＨ］を設定する方法を用いることができる。

なお、永久磁石電動機のｄ軸インダクタンスＬｄやｑ軸インダクタンスＬｑを測定する方法としては、公知の種々の測定方法を用いることができる。例えば、「電気学会誌・論文誌Ｄ，第１１３巻，第１１号，頁１３３０−１３３１，１９９３年」に記載されている測定方法を用いることができる。

第１実施形態の永久磁石電動機１００では、４極構造（極対数Ｐ＝２）で、主磁極に、回転中心側に飛び出ているＶ字を構成するように磁石挿入孔を形成した回転子１２０を用いたが、回転子の極数や、主磁極に形成する磁石挿入孔の配置形状は種々変更可能である。

第２実施形態の永久磁石電動機の回転子２２０が、図４に示されている。
図４に示されている回転子２２０は、６極構造（極対数Ｐ＝３）で、主磁極に、回転中心側に飛び出ているＶ字を構成するように磁石挿入孔が形成されている。
回転子２２０の外周面は、ｄ軸と交差する第１外周面部分２２０ａ、ｑ軸と交差する第２外周面部分２２０ｂ、接続部分２２０ｃ、２２０ｄを有している。
回転子２２０には、第１実施形態の回転子１２０と同様に、直線状に延在する第１磁石挿入孔２３１と第２磁石挿入孔２３２が、ｄ軸を挟んで両側に、回転中心Ｏ側に飛び出ているＶ字を構成するように形成されている。また、第１磁石挿入孔２３１と第２磁石挿入孔２３２に、断面が四角形状を有する第１永久磁石２４１と第２永久磁石２４２が挿入されている。また、第１実施形態の回転子１２０と同様に、中央に中央ブリッジ部が形成され、外周側に外周ブリッジ部が形成され、磁石挿入孔の両端部に空隙が形成されている。

第３実施形態の永久磁石電動機の回転子３２０が、図５に示されている。
図５に示されている回転子３２０は、４極構造（極対数Ｐ＝２）で、主磁極に、ｄ軸と交差する方向に直線状に延在するように磁石挿入孔が形成されている。
回転子３２０の外周面は、ｄ軸と交差する第１外周面部分３２０ａ、ｑ軸と交差する第２外周面部分３２０ｂ、接続部分３２０ｃ、３２０ｄを有している。
回転子３２０には、ｄ軸と交差する方向、好適には、ｄ軸と直交（「略直交」を含む）する方向に直線状に延在するように磁石挿入孔３３１が形成されている。また、磁石挿入孔３３１に、断面が四角形状を有する永久磁石３４１が挿入されている。また、外周側に外周ブリッジ部が形成され、磁石挿入孔の両端部に空隙が形成されている。

第４実施形態の永久磁石電動機の回転子４２０が、図６に示されている。
図６に示されている回転子４２０は、４極構造（極対数Ｐ＝２）で、主磁極に、ｄ軸と交差し、回転中心側に飛び出ている円弧形状に沿って延在するように磁石挿入孔が形成されている。
回転子４２０の外周面は、ｄ軸と交差する第１外周面部分４２０ａ、ｑ軸と交差する第２外周面部分４２０ｂ、接続部分４２０ｃ、４２０ｄを有している。
回転子４２０には、ｄ軸と交差し、ｄ軸上に中心点を有するとともに、回転中心側に飛び出ている円弧形状に沿って延在するように磁石挿入孔４３１が形成されている。また、磁石挿入孔４３１に、断面が円弧形状を有する永久磁石４４１が挿入されている。また、外周側に外周ブリッジ部が形成され、磁石挿入孔の両端部に空隙が形成されている。

第５実施形態の永久磁石電動機の回転子５２０が、図７に示されている。
図７に示されている回転子５２０は、４極構造（極対数Ｐ＝２）で、主磁極に、ｄ軸と交差し、回転中心側に飛び出ている台形形状を構成するように磁石挿入孔が形成されている。
回転子５２０の外周面は、ｄ軸と交差する第１外周面部分５２０ａ、ｑ軸と交差する第２外周面部分３５０ｂ、接続部分５２０ｃ、５２０ｄを有している。
回転子５２０には、直線状に延在する第１〜第３磁石挿入孔５４１〜５４３が、ｄ軸と交差し、回転中心側の飛び出ている台形形状を構成するように形成されている。また、第１〜第３磁石挿入孔５３１〜５３３に、断面が四角形状を有する第１〜第３永久磁石５４１〜５４３が挿入されている。また、第２磁石挿入孔５４２と第１磁石挿入孔５４１および第３磁石挿入孔５４３の間に中央ブリッジ部が形成され、外周側に外周ブリッジ部が形成され、第１磁石挿入孔５３１および第３磁石挿入孔５３３の両端部に空隙が形成されている。

本発明は、実施形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である、
固定子のスロット数や回転子の極対数（極数）は、適宜変更可能である。
回転子の主磁極に形成される磁石挿入孔の形状、数や配置位置、磁石挿入孔に挿入される永久磁石の形状、数や挿入位置等は適宜変更可能である。
実施形態で説明した各構成は、単独で用いることもできるし、適宜選択した複数の構成を組み合わせて用いることもできる、

１００ 電動機
１１０ 固定子
１１１ ヨーク
１１２ ティース
１１３ ティース基部
１１４ ティース先端部
１１４ａ ティース先端面（固定子内周面）
１１５ スロット
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 回転子
１２０ａ、２２０ａ、３２０ａ、４２０ａ、５２０ａ 第１外周面部分
１２０ｂ、２２０ｂ、３２０ｂ、４２０ｂ、５２０ｂ 第２外周面部分
１２０ｃ、１２０ｄ、２２０ｃ、２２０ｄ、３２０ｃ、３２０ｄ、４２０ｃ、４２０ｄ、５２０ｃ、５２０ｄ 接続部分
１２５ 中央ブリッジ部
１２６、１２７ 外周ブリッジ部
１３１、１３２、２３１、２３２、３３１、４３１、５３１、５３２、５３３ 磁石挿入孔
１３１ａ、１３２ａ 内周側壁部
１３１ｂ、１３２ｂ 外周側壁部
１３１ｃ、１３２ｃ 内周側端壁部
１３１ｄ、１３２ｄ 外周側端壁部
１３１ｅ、１３２ｅ 連結用端壁部
１３１ｆ、１３１ｇ、１３２ｆ、１３２ｇ 空隙
１４１、１４２、２４１、２４２、３４１、４４１、５４１、５４２、５４３ 永久磁石
１４１ａ、１４２ａ 内周壁
１４１ｂ、１４２ｂ 外周壁
１４１ｃ、１４２ｃ 内周側端壁
１４１ｄ、１４２ｄ 外周側端壁
２１０ 内周面（回転子内周面）
Ｄ 回転子の直径
Ｇ 空隙（エアギャップ）
Ｈ 第２外周面部分のｑ軸上の深さ
Ｗ 磁石挿入孔の幅

Claims (2)

1. 固定子と回転子を備え、前記固定子は、周方向に隣接して配置されている複数のティースに巻き付けられている固定子巻線と、固定子内側空間を形成する固定子内周面を有し、前記回転子は、前記固定子内側空間内に回転可能に配置され、周方向に沿って主磁極と補助磁極が交互に配置されているとともに、前記主磁極に磁石挿入孔が形成されており、前記磁石挿入孔に永久磁石が挿入されている永久磁石電動機であって、
   前記固定子巻線は、前記複数のティースに集中巻き方式で巻き付けられており、
   前記回転子の外周面は、前記主磁極のｄ軸と交差する第１外周面部分と、前記補助磁極のｑ軸と交差し、前記第１の外周面部分より径方向内側に形成されている第２外周面部分を有し、
   前記回転子の直径Ｄは、［４５ｍｍ≦Ｄ≦９０ｍｍ］を満足するように設定され、
   前記第１外周面部分と前記固定子内周面との間の距離Ｇは、［０．４５ｍｍ≦Ｇ≦０．６５ｍｍ］を満足するように設定され、
   前記回転子の中心に対する前記第１外周面部分の開角度θ１は、［（５０／Ｐ）度≦θ１≦（６０／Ｐ）度］（Ｐ：回転子の極対数）を満足するように設定され、
   前記距離Ｇ、前記磁石挿入孔の幅Ｗおよび前記第１外周面部分と前記第２外周面部分との間のｑ軸上の距離Ｈは、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑが、［０．９≦（Ｌｑ／Ｌｄ）≦１．１］を満足するように設定されていることを特徴とする永久磁石電動機。
2. 請求項１に記載の永久磁石電動機であって、
   前記回転子の外周面は、前記第１外周面部分と前記第２外周面部分との間に、直線状に延在する接続部分を有することを特徴とする永久磁石電動機。

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