JP3996417B2 - 永久磁石電動機 - Google Patents
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Description
【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、回転子コアに永久磁石が装着された回転子を有する永久磁石電動機が用いられる。その際、高効率である永久磁石埋込型電動機が用いられることが多い。永久磁石埋込型電動機は、回転子に設けられた磁石収容孔に永久磁石を埋め込んだ構造であり、永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、回転子の逆突極性によるリラクタンストルクを利用するものである。
永久磁石埋込型電動機の従来例を図１７、図１８に示す。なお、巻線は便宜上省略する。
【０００３】
図１７は、分布巻方式で固定子巻線を巻回した、永久磁石回転式の永久磁石埋込型電動機を示す。図１７に示す永久磁石埋込型電動機は、固定子４１０と回転子４２０により構成されている。
固定子４１０は、例えば、電磁鋼板を積層して構成され、ヨーク部４１１と、ヨーク部４１１から回転子４２０と対向する方向に突出する複数の磁極部（「ティース部」、「歯部」ともいう）４１２ａ〜４１２ｎを有している。磁極部４１２ａ〜４１２ｎの回転子４２０と対向する部分には、先端部（磁極先端部）が設けられている。磁極部４１２ａ〜４１２ｎ間に形成されるスロットには、固定子巻線が分布巻方式で巻回される。また、固定子４１０には、冷媒ガス通路が設けられる。例えば、回転子４２０と対向する磁極部４１２ａ〜４１２ｎと反対側のヨーク部４１１に冷媒ガス通路用の凹部が設けられる。あるいは、固定子４１０に冷媒通路用の孔が設けられる。
回転子４２０は、例えば、電磁鋼板を積層して構成され、交互に設けられた突部４２１ａ〜４２１ｍと切欠部４２２ａ〜４２２ｍを有している。突部と切欠部によって回転子の磁極部が構成されている。また、回転子４２０には、各突部（各磁極）に対応させて磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍが設けられている。磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍには、永久磁石４３５ａ〜４３５ｍが収容される。永久磁石４３５ａ〜４３５ｍとしては、フェライト磁石や希土類磁石等が用いられる。また、隣り合う磁極が異極となるように、隣り合う磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍに収容される永久磁石４３５ａ〜４３５ｍは交互に着磁される。例えば、図１７では、永久磁石４３５ａは外周面側がＳ極、中心軸方向側がＮ極に着磁され、永久磁石４３５ｍは、外周面側がＮ極、中心軸方向側がＳ極に着磁されている。
図１７に示す永久磁石埋込型電動機は、固定子４１０のスロット数は２４であり、回転子４２０は４極構造であり、磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍは９０度間隔で４個設けられており、各磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍにそれぞれ１個の永久磁石４３５ａ〜４３５ｍが埋め込まれている。
図１８は、集中巻方式で固定子巻線を巻回した、永久磁石回転式の永久磁石埋込型電動機を示す。図１８に示す永久磁石埋込型電動機は、固定子４４０と回転子４５０により構成されている。固定子４４０及び回転子４５０の構成は、固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎの数が異なる以外は、図１７に示した永久磁石埋込型電動機と同様である。
図１８に示す永久磁石埋込型電動機は、固定子４４０のスロット数が６であり、回転子４５０は４極構造であり、磁石収容孔４６１ａ〜４６１ｍは９０度間隔で４個設けられており、各磁石収容孔４６１ａ〜４６１ｍにそれぞれ１個の永久磁石４６５ａ〜４６５ｍが埋め込まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮機に用いられる永久磁石埋込型電動機は、通常、周波数変換装置あるいは周波数・電圧変換装置等のインバータ装置から駆動電源が供給される。インバータ装置は、例えば、交流電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換回路（整流回路）、直流電圧を平滑する平滑回路、平滑された直流電圧を交流電圧に変換する直流−交流変換回路（インバータ回路）、交流−直流変換回路や直流−交流変換回路を制御する制御回路等によって構成される。
直流−交流変換回路（インバータ回路）は、例えば、所定周波数（キャリア周波数）でスイッチングする（ＰＷＭ制御する）ことによって直流電圧を交流電圧に変換する。ここで、キャリア周波数が低い場合にはモータ鉄損の増加によって電動機の効率が低下し、高い場合には漏れ電流が発生する。このため、キャリア周波数としては、通常、３０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚの間の周波数が用いられる。
このようなインバータ装置により駆動される永久磁石電動機として、図１７に示すような、分布巻方式で固定子巻線を巻回した永久磁石埋込型電動機を用いた場合、低速域の効率が低い。
一方、永久磁石電動機として、図１８に示すような、集中巻方式で固定子巻線を巻回した永久磁石埋込型電動機を用いた場合、低速域の効率は向上するが、キャリア周波数帯域の騒音（キャリア騒音）が大きくなる。すなわち、分布巻方式で固定子巻線を巻回した場合には、図１７に点線Ｃ及びＤで示す磁束が発生するため、固定子の磁極先端部における磁気集中は少ない。しかしながら、集中巻方式で固定子巻線を巻回した場合には、図１８に点線Ｅで示す異なる突部（磁極部）を流れる磁束以外に、点線Ｆで示す１つの突部（磁極部）のみを流れる磁束が発生する。この磁束Ｆによって、固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎに磁気集中が発生する。この固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎにおける磁気集中により、固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎの先端部に大きな磁気吸引力が発生する。このため、機械的剛性が低い固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎの先端部は大きなキャリア騒音を発生する。
図４には、分布巻方式を用いた永久磁石埋込型電動機（２４スロット）と集中巻方式を用いた永久磁石埋込型電動機（６スロット）を、インバータ装置によりキャリア周波数３５００Ｈｚにて駆動した際の騒音を示す。
図４は、騒音を各周波数成分ごとに分解したものを表している。
図４から、分布巻方式を用いた永久磁石埋込型電動機では、３５００Ｈｚ付近のキャリア騒音が小さいのに対して、集中巻方式を用いた永久磁石埋込型電動機では、３５００Ｈｚ付近でのキャリア騒音が高くなっていることがわかる。
そこで、本発明は、集中巻方式で固定子巻線を巻回した場合でも、固定子の磁極部に磁気集中が発生するのを防止す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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第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、回転子と固定子を備え、固定子は、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磁極部と、磁極部に集中巻方式で巻回された固定子巻線を有し、回転子は、周方向に交互に複数設けられた突部と切欠部により形成される外周面と、各突部に対応して設けられた複数の永久磁石を有し、各永久磁石は、回転子の中心と各突部の中央とを結ぶ線に交差する位置に配置されている永久磁石電動機であって、磁極部の、回転子の中心を中心点とする開角をθ１、切欠部の、回転子の中心を中心点とする開角をθ２、突部と磁極部との間の間隙をｇ、切欠部と磁極部との間の間隙をｈとした時、 [ θ１≦θ２ ] および [ ２≦（ｈ／ｇ）≦４ ] が満足されるように構成されている。請求項１に記載の永久磁石電動機を用いれば、固定子の磁極部の先端部における磁気集中を防止することができ、磁気集中による影響、例えばキャリア騒音の発生を防止することができる。また、効率を向上させることもできる。
また、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、 [ θ１＜θ２ ] が満足されるように構成されているため、固定子の磁極部における磁気集中を一層確実に防止することができる。
また、第３発明は、請求項３に記載されたとりの永久磁石電動機である。
請求項３に記載の永久磁石回転機では、回転子は、各突部に対応して設けられた複数の磁石収容孔を有し、各永久磁石は各磁石収容孔に収容されており、各磁石収容孔は、回転子の中心と各突部の中央とを結ぶ線に交差する位置に配置されている。これにより、高性能の永久磁石電動機を得ることができる。
また、第４発明及び第５発明は、請求項４及び請求項５に記載されたとおりの永久磁石電動機である。
請求項４及び請求項５に記載の永久磁石電動機では、回転子の軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いたＶ字形状あるいは台形形状の磁石収容孔が設けられている。これにより、磁石収容孔に収容する永久磁石として、例えば、長方形形状の永久磁石を用いることができるため、永久磁石の製造が容易である。
また、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では、回転子の軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた曲線形状の磁石収容孔が設けられている。これにより、永久磁石の磁束を有効に利用することができ、効率がより向上する。
また、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では、磁石収容孔は、回転子の中心と突部の中央とを結ぶ線の位置で遮蔽部により仕切られている。これにより、回転子の強度が高くなり、キャリア騒音を一層低減することができる。
また、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では、突部に対応する磁石収容孔は、半径方向に複数層設けられている。これにより、リラクタンストルクトとマグネットトルクをバランスよく利用でき、特性を改善することができる。
また、第９発明〜第１１発明は、請求項９〜請求項１１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では、突部と当該突部に対応する磁石収容孔との間に空隙部が設けられている。これにより、空隙部によって磁束が分けられるため、固定子の磁極部の先端部における磁気集中を一層防止することができる。ここで、請求項１０に記載の永久磁石電動機のように、空隙部を突部から当該突部に対応する磁石収容孔に向けて設けたり、請求項１１に記載の永久磁石電動機のように、空隙部を各突部に対応させて複数設けるのが好ましい。
また、第１２発明は、請求項１２に記載されたとおりの圧縮装置である。
請求項１２に記載の圧縮装置を用いれば、効率がよく、音が小さい圧縮装置を得ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の永久磁石電動機の第1の実施の形態を示す図である。第1の実施の形態は、固定子のスロットの数が６で、回転子が４極構造であり、永久磁石を磁石収容孔に収容した永久磁石埋込型電動機である。本実施の形態の永久磁石埋込型電動機は、例えば、圧縮機の駆動装置として用いられる。
第1の実施の形態の永久磁石電動機は、固定子１０と回転子２０を備えている。固定子１０及回転子２０は、例えば、電磁鋼板を積層して構成される。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、５０Ａ３５０（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／ｋｇ以下のものが用いられる。
【０００７】
固定子１０は、ヨーク部１１と、ヨーク部１１から回転子２０と対向する側に突出して設けられた複数の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎを有している。突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎは、回転子２０と対向する部分（内周側）に、回転子２０の回転方向に延びる先端部（磁極先端部）１２ａ１〜１２ｎ１が設けられている。突部（磁極部）の先端部１２ａ１〜１２ｎ１の回転子２０と対抗する面は、軸方向と直角な断面形状がほぼ円弧状に形成されており、回転子（回転子の突部）との間の距離がほぼ一定となるように構成されている。
また、ヨーク部１１、突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎ、先端部１２ａ１〜１２ｎ１によってスロット部１３ａ〜１３ｎが形成されている。このスロット部１３ａ〜１３ｎを利用して、突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎに固定子巻線が集中巻方式によって巻回される。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。
【０００８】
回転子２０は、略円筒形状を有している。回転子２０には、突部２１ａ〜２１ｍと切欠部２２ａ〜２２ｍが交互に設けられている。突部と切欠部によって回転子２０の磁極部が構成される。本実施の形態では、切欠部２２ａ〜２２ｍは、回転子２０の軸方向と直角な断面形状が、凸部側が外周側を向いたほぼ円弧状の底部と、底部と突部２１ａ〜２１ｍの外周面とを連結する壁部とにより形成されている。
磁極部に対応して磁石収容孔が設けられている。本実施の形態では、突部２１ａ〜２１ｍに対応して、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍが設けられている。本実施の形態の磁石収容孔３１ａ〜３１ｍは、回転子２０の軸方向と直角な断面形状が、突部２１ａ〜２１ｍの中央と回転子２０の中心Ｐとを結ぶ線に略直交する、略直線形状に形成されている。磁石収容孔３１ａ〜３１ｍの半径方向外側の面（外周面）は、回転子２０の外周面に近接する位置まで延び、そこから回転子の外周面に沿って延びている。また、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍの半径方向内側の面（内周面）は、隣接する他の磁石収容孔に近接する位置まで延び、そこから、回転子２０の外周面に向けて延びている。
磁石収容孔３１ａ〜３１ｍには、永久磁石が収容されている（埋め込まれている）。本実施の形態では、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍに、回転子２０の軸方向に直角な断面形状が長方形形状を有する永久磁石３５ａ〜３５ｍが収容されている。本実施の形態では、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍに永久磁石３５ａ〜３５ｍを収容した時に、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍの端部に空隙が形成されるように構成されている。勿論、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍに空隙が形成されなくてもよい。
永久磁石３５ａ〜３５ｍは、磁極毎にＳ極、Ｎ極が交互となるように配置されている。永久磁石３５ａ〜３５ｍ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。軸方向に直角な断面形状が長方形形状を有する永久磁石は、製造が容易である。
回転子２０には、回転軸を挿通するための孔２３が設けられている。
なお、回転子２０の軸方向の両端には端板が設けられ、この端板は孔２４に挿通されるリベットピン等により回転子２０に固定される。
【０００９】
ここで、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角（中心点Ｐを中心とする角度）をθ１、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角（中心点Ｐを中心とする角度）をθ２とする。本実施の形態では、固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎの先端部（内周面）１２ａ１〜１２ｎ１の開角を、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角θ１とする。また、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開口部の開角を、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２とする。
従来の永久磁石埋込形電動機は、［θ１＞θ２］に設定されている。このため、従来の永久磁石埋込形電動機では、例えば、図１８の点線Ｆで示すように、永久磁石４６５ａ→回転子４５０の突部４５１ａ→固定子４４０の突部４４２ａの先端部→回転子４５０の突部４５１ｍ→永久磁石４６５ｍ→永久磁石４６５ａの経路を流れる磁束が発生し、固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａの先端部（磁極先端部）に磁気集中が発生する。この突部の先端部（磁極先端部）における磁気集中によって、例えばキャリア騒音が大きくなる。
本実施の形態では、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角θ１と回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２とが、条件［θ１≦θ２］を満足するように構成されている。本実施の形態では、図２の点線Ａに示す磁束が流れる。すなわち、図１８の点線Ｆで示すような、固定子の１つの突部（磁極部）のみを通る磁束は発生しない。このため、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの先端部（磁極先端部）１２ａ１〜１２ｎ１に磁気集中が発生するのを防止することができる。
なお、［θ１＝θ２］の場合でも［θ１＞θ２］の場合に比べれば固定子１０の突部の先端部１２ａ１〜１２ｎ１における磁気集中を低減することができるが、［θ１＜θ２］の場合の方が固定子１０の突部の先端部１２ａ１〜１２ｎ１における磁気集中の低減効果は大きい。このため、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角θ１と回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２が、条件［θ１＜θ２］を満足するように構成するのが好ましい。
回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２の上限は、所定の特性を得るために必要な回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍの開角によって定まる。
【００１０】
また、図１において、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍと固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎとの間の間隔をｈ、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍと固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎとの間の間隔をｇとする。本実施の形態では、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの底部と固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎの先端部１２ａ１〜１２ｎ１の内周面との間の間隔を、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍと固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｈとして用いている。また、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍの外周面と固定子１０の突部１２ａ〜１２の先端部１２ａ１〜１２ｎ１の内周面との間の距離を、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍと固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｇとして用いている。
ここで、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍと固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｈと、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍと固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｇとの比［ｈ／ｇ］と、キャリア騒音及び効率との関係を、図３に示す。図３において、丸印が付されている特性線がキャリア騒音を示し、三角印が付されている特性線が効率を示している。
図３から、［ｈ／ｇ］が２より大きくなると、キャリア騒音が低減していることがわかる。また、［ｈ／ｇ］が４より大きくなると、効率が低下していることがわかる。
このことから、[２≦（ｈ／ｇ）≦４]が満足されるように構成することにより、効率を低下させることなく、キャリア騒音を低減することができることがわかる。
【００１１】
以上のように、本実施の形態の永久磁石電動機では、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角θ１と回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２とが、条件［θ１≦θ２］、好ましくは条件［θ１＜θ２］を満足するように構成されている。これにより、固定子１０の突部の先端部（磁極先端部）１２ａ１〜１２ｎ１に磁気集中が発生するのを防止することができる。したがって、永久磁石電動機を周波数変換装置あるいは周波数・電圧変換装置等のインバータ装置によって駆動する場合に、キャリア騒音を低減することができる。
また、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍと固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｈと、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍと固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｇとの比［ｈ／ｇ］が、条件[２≦（ｈ／ｇ）≦４]が満足されるように構成されている。これにより、効率を低下させることなく、キャリア騒音を低減することができる。
なお、第１の実施の形態では、条件［θ１≦θ２］及び条件[２≦（ｈ／ｇ）≦４]が満足されるように構成したが、少なくとも条件［θ１≦θ２］が満足されるように構成されていればよい。この場合でも、固定子の磁極部の先端部における磁極集中を防止することができ、固定子の磁極部の先端部における磁気集中による影響、例えば、キャリア騒音を低減することができる。
【００１２】
第１の実施の形態では、回転子の切欠部として、軸方向に直角な断面形状が、ほぼ円弧状の底部と、底部と突部の外周面とを連結する壁部とにより形成されている切欠部を用いたが、回転子の切欠部はこれ以外にも種々の形状の切欠部を用いることができる。
例えば、図５に示す第２の実施の形態のような形状であってもよい。図５に示す第２の実施の形態では、回転子５０の切欠部５２ａ〜５２ｍは、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた曲線形状に形成されている。第２の実施の形態では、回転子５０の切欠部５２ａ〜５２ｍの最も中心側の箇所と、固定子４０の突部（磁極部）４２ａ〜４２ｎの先端部（磁極先端部）４２ａ１〜４２ｎ１との間の間隔を、回転子５０の切欠部５２ａ〜５２ｍと固定子４０の突部（磁極部）４２ａ〜４２ｎとの間の間隔ｈとして用いている。
なお、回転子５０の突部５１ａ〜５１ｍと切欠部５２ａ〜５２ｍとの境界部では、突部５１ａ〜５１ｍの形状から切欠部５２ａ〜５２ｍの形状への変化が大きい方が好ましい。
【００１３】
次に、本発明の第３の実施の形態を図６に示す。
第３の実施の形態では、回転子８０の突部８１ａ〜８１ｍに対応させて、軸方向に直角な断面形状がほぼ直線形状を有する２個の磁石収容孔９１ａ〜９１ｍ及び９２ａ〜９２ｍが、遮蔽部９３ａ〜９３ｍにより仕切られて設けられている。
突部８１ａ〜８１ｍに対応する磁石収容孔９１ａ〜９１ｍ及び９２ａ〜９２ｍ、例えば、突部８１ａに対応する磁石収容孔９１ａ及び２ａは、軸方向に直角な断面形状において、遮蔽部９３ａ〜９３ｍの中心と中心点Ｐを通る直線の両側にほぼ対称に、凸部側が中心側を向いたＶ字形状となるように配置されている。すなわち、第３の実施の形態では、各突部に対応する磁石収容孔は、円周方向のほぼ中央部で仕切られている。
磁石収容孔９１ａ〜９１ｍ及び９２ａ〜９２ｍには、軸方向に直角な断面形状が略長方形形状を有する永久磁石９５ａ〜９５ｍ及び９６ａ〜９６ｍが収納されている。
磁石収容孔を、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いたＶ字形状とすることにより、第１の実施の形態に比べて、永久磁石の量を多くとることができる。これにより、リラクタンストルクを有効に利用しつつ、マグネットトルクを増加させることができる。
また、各突部に対応する磁石収容孔を円周方向のほぼ中央部で仕切ることにより、回転子８０が回転する時の遠心力に対する強度が向上する。
なお、第３の実施の形態では、遮蔽部９３ａ〜９３ｍで仕切られた磁石収容孔９１ａ〜９１ｍ及び９２ａ〜９２ｍにより、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いたＶ字形状を有する磁石収容孔を各突部８１ａ〜８１ｍに対応させて設けたが、連続した１個の磁石収容孔を設けてもよい。
また、磁石収容孔を、円周方向のほぼ中央部で仕切ることにより回転子の強度を向上させる構成は、他の実施の形態に適用することができる。
【００１４】
次に、図７に本発明の第４の実施の形態を示す。
第４の実施の形態では、回転子１２０の突部に対応させて、軸方向に直行する断面形状が、凸部側が中心側を向いた台形形状を有する磁石収容孔１３１ａ〜１３１ｍが設けられている。
磁石収容孔１３１ａ〜１３１ｍには、軸方向に直行する断面形状が長方形形状を有する永久磁石１３５ａ〜１３５ｍ、１３６ａ〜１３６ｍ、１３７ａ〜１３７ｍが収納されている。すなわち、磁石収容孔１３１ａ〜１３１ｍの中央部に永久磁石１３６ａ〜１３６ｍが収容され、磁石収容孔１３１ａ〜１３１ｍの側部にそれぞれ永久磁石１３５ａ〜１３５ｍ及び１３７ａ〜１３７ｍが収容されている。
磁石収容孔を、軸方向に直行する断面形状が、凸部側が中心側を向いた台形形状とすることにより、第１の実施の形態に比べて、永久磁石の量を多くとることができる。これにより、リラクタンストルクを有効に利用しつつ、マグネットトルクを増加させることができる。
【００１５】
次に、図８に本発明の第５の実施の形態を示す。
例えば、永久磁石埋込型電動機を圧縮機の駆動装置として用いる場合には、永久磁石として、温度が高くなった場合の磁束密度の低下がフェライト磁石より少ない希土類磁石が用いられる。
しかしながら、永久磁石埋込型電動機の駆動装置としてＰＷＭ制御（パルス幅制御）方式のインバータを用いた場合、ＰＷＭ制御による高調波が発生し、高調波磁束が回転子の外周面より流出入する。磁石収容孔に収容されている永久磁石の端部は、この回転子の外周面より流出入する高調波磁束の影響を強く受けることになる。特に、希土類磁石は金属系磁石のため、永久磁石の端部が高調波磁束の影響を受けやすく、その結果永久磁石の端部が発熱し鉄損を増加させることとなり、効率が低下する。
この回転子の外周面より流出入する高調波磁束が永久磁石の端部に影響を及ぼすのを防止するために、第５の実施の形態では、磁石収容孔の端部と回転子の外周面との間に空隙部が設けられている。すなわち、第５の実施の形態では、回転子１５０に、突部１５１ａ〜１５１ｍに対応させて、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた台形形状の磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍが設けられているとともに、空隙部１６２ａ〜１６２ｍ及び１６３ａ〜１６３ｍが設けられている。空隙部１６２ａ〜１６２ｍ及び１６３ａ〜１６３ｍは、磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍの端部と回転子１５０の外周面との間に設けられている。空隙部１６２ａ〜１６２ｍ及び１６３ａ〜１６３ｍの幅は、磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍの端部の幅と同程度以上とするのが好ましい。磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍには、軸方向に直角な断面形状が長方形形状の永久磁石１６５ａ〜１６５ｍ、１６６ａ〜１６６ｍ、１６７ａ〜１６７ｍが収納されている。
これにより、回転子１５０の磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍに収容された永久磁石１６５ａ〜１６５ｍ及び１６７ａ〜１６７ｍの回転子外周側の端部は、回転子の外周部から離れて配設されるため、ＰＷＭ制御等による高調波磁束の影響を受けることがなく、永久磁石の端部発熱を減少させて、鉄損を減少させることができる。このことにより、効率を低下させることなく永久磁石の使用量を減少させることができる。
【００１６】
第５の実施の形態では、磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍの端部と空隙部１６２ａ〜１６２ｍ及び１６３ａ〜１６３ｍとの間に遮蔽部が形成されるため、回転子の強度が向上する。
なお、第５の実施の形態では、空隙部１６２ａ〜１６２ｍを設けることで永久磁石１６５ａ〜１６５ｍ及び１６７ａ〜１６７ｍの回転子外周側の端部を回転子の外周部から離して配設したが、永久磁石の端部を回転子の外周側の端部から離して配設する構成はこれに限定されない。例えば、第１〜第３の実施の形態の構成を用いてもよい。
また、第５の形態では、磁石収容孔として台形形状の磁石収容孔を用いたが、磁石収容孔としては、種々の形状の磁石収容孔を用いることができる。
【００１７】
次に、図９に本発明の第６の実施の形態を示す。
第６の実施の形態では、回転子の突部と当該突部に対応する磁石収容孔との間に、各突部を流れる磁束を分ける空隙部が設けられている。すなわち、第６の実施の形態では、回転子１８０に、軸方向に直角な断面形状が、突部１８１ａ〜１８１ｍに対応させて、凸部側が中心側を向いた台形形状の磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍと、空隙部２０１ａ〜２０１ｍ、２０２ａ〜２０２ｍ、２０３ａ〜２０３ｍ、２０４ａ〜２０４ｍが設けられている。空隙部２０１ａ〜２０１ｍ、２０２ａ〜２０２ｍ、２０３ａ〜２０３ｍ、２０４ａ〜２０４ｍは、突部１８１ａ〜１８１ｍと磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍの外周面との間に、突部１８１ａ〜１８１ｍから磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍの外周側の面に向けて（逆でもよい）設けられている。
磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍには、軸方向と直角な断面形状が長方形形状の永久磁石１９５ａ〜１９５ｍ、１９６ａ〜１９６ｍ、１９７ａ〜１９７ｍが収納されている。
本実施の形態では、空隙部２０１ａ〜２０１ｍ、２０２ａ〜２０２ｍ、２０３ａ〜２０３ｍ、２０４ａ〜２０４ｍによって、磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍと突部１８１ａ〜１８１ｍとの間で磁束が分けられ、個別に流れる。このため、固定子１７０の突部（磁極部）１７２ａ〜１７２ｎにおける磁気集中を一層低減することができ、キャリア騒音を一層低減することができる。
なお、第６の実施の形態では、突部と磁石収容孔との間に、突部から磁石収容孔の外周側の面に向けられた複数の空隙部を設けたが、空隙部の数や形状は、磁束を分けることできれば種々変更可能である。
【００１８】
次に、図１０に本発明の第７の実施の形態を示す。
第７の実施の形態では、回転子２１０に、例えば、突部２１１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面及び外周側の面が、凸部側が中心側を向いた曲線形状（例えば、円弧形状）を有する磁石収容孔２２１ａが設けられている（軸方向に直角な断面形状が逆円弧形状を有する磁石収容孔）。磁石収容孔２２１ａには、軸方向の断面形状が、磁石収容孔２２１ａとほぼ同じ形状（逆円弧形状）の永久磁石２２５ａが収容されている。
曲線形状の永久磁石は、製造が困難であるが、磁束量を多く利用できる磁石配置が可能となるので、長方形形状の永久磁石を用いる場合より効率が良い。
【００１９】
次に、図１１に本発明の第８の実施の形態を示す。
第８の実施の形態では、回転子２３０に、例えば、突部２３１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面が、突部側が中心側を向いた曲線形状を有し、外周側の面が、直線形状を有する磁石収容孔２４１ａが設けられている（軸方向に直角な断面形状が逆かまぼこ形状を有する磁石収容孔）。
磁石収容孔２４１ａには、軸方向に直角な断面形状が、磁石収容孔２４１ａとほぼ同じ形状（逆かまぼこ形状）の永久磁石２４５ａが収容されている。
逆かまぼこ形状の磁石収容孔及び永久磁石を用いることにより、軸方向に直角な断面形状を、例えば第７の実施の形態より厚くとることができる。これにより、マグネットトルクを増加させることができるとともに、減磁耐力を向上させることができる。
【００２０】
次に、図１２に本発明の第９の実施の形態を示す。
第９の実施の形態では、回転子の各突部に対応させて半径方向に複数の磁石収容孔を設けることにより、多層構造としている。例えば、突部２５１ａに対応させて、磁石収容孔２６１ａ及び２６２ａを半径方向に設けている。磁石収容孔２６１ａ及び２６２ａには、永久磁石２６５ａ及び２６６ａが収容されている。本実施の形態では、磁石収容孔２６１ａ及び２６２ａ、永久磁石２６５ａ及び２６６ａは、軸方向に直角な断面形状が逆円弧状を有している。
多層構造とすることにより、リラクタンストルクを有効に利用することができ、マグネットトルク及びリラクタンストルクをバランスよく利用することができる。
【００２１】
次に、図１３に本発明の第１０の実施の形態を示す。
第１０の実施の形態では、回転子２７０に、例えば、突部２７１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面及び外周側の面が、凸部側が外周側を向いた曲線形状（例えば、円弧形状）を有する磁石収容孔２８１ａが設けられている（軸方向に直角な断面形状が円弧形状を有する磁石収容孔）。磁石収容孔２８１ａには、軸方向の断面形状が、磁石収容孔２８１ａとほぼ同じ形状（円弧形状）の永久磁石２８５ａが収容されている。
円弧形状を有する磁石収容孔及び永久磁石を用いることにより、マグネットトルクが主体の構造とすることができる。これにより、リラクタンストルクの影響が少なくなり、インバータ装置等による制御性が向上し、騒音も少なくなる。
【００２２】
次に、図１４に本発明の第１１の実施の形態を示す。
第１１の実施の形態では、回転子３１０に、例えば、突部３１１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面が、直線形状を有し、外周側の面が、突部側が外周側を向いた曲線形状を有する磁石収容孔３２１ａが設けられている（軸方向に直角な断面形状がかまぼこ形状を有する磁石収容孔）。
磁石収容孔３２１ａには、軸方向に直角な断面形状が、磁石収容孔３２１ａとほぼ同じ形状（かまぼこ形状）の永久磁石３２５ａが収容されている。
かまぼこ形状の磁石収容孔及び永久磁石を用いることにより、軸方向に直角な断面形状を、例えば第７の実施の形態より厚くとることができる。これにより、マグネットトルクを増加させることができるとともに、減磁耐力を向上させることができる。尚且つ、リラクタンストルクの影響が少ないため、インバータ装置等による制御性もよく、騒音も少なくなる。
【００２３】
次に、図１５に本発明の第１２の実施の形態を示す。
第１２の実施の形態では、回転子３３０に、例えば、突部３３１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた台形形状を有する磁石収容孔３４１ａが設けられている。
磁石収容孔３４１ａには、その中央部にのみ永久磁石３４５ａが収納されている。永久磁石３４５ａは、軸方向に直角な断面形状が長方形形状を有している。
このような形状の磁石収容孔及び永久磁石を用いることにより、永久磁石の使用量を低減することができ、コストを低減することができる。また、永久磁石が回転子の外周面より深埋めされているため、減磁界の影響を受けにくくなり、減磁耐力を向上させることができる。また、永久磁石がＰＷＭ制御によって発熱するのも防ぐことができる。
【００２４】
次に、図１６に本発明の第１３の実施の形態を示す。
第１３の実施の形態では、回転子３５０に、例えば、突部３５１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面及び外周側の面が、凸部側が中心側を向いた曲線形状を有する磁石収容孔３６１ａ及び３６２ａが、遮蔽部３６３ａにより仕切られて設けられている。
磁石収容孔３６１ａ及び３６２ａには、軸方向の断面形状が、磁石収容孔３６１ａ及び３６２ａとほぼ同じ形状（円弧形状）の永久磁石３６５ａ及び３６６ａが収容されている。
磁石収容孔及び永久磁石を、軸方向に直角な断面形状が曲線形状とすることによる効果は、例えば、第７の実施の形態（図１０）で説明したとおりである。
また、突部に対応する永久磁石を遮蔽部で仕切って設けることによる効果は、例えば、第３の実施の形態（図６）で説明したとおりである。
【００２５】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されることなく、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、磁石収容孔の形状や数、磁石収容孔に収容する永久磁石の数や形状等は、種々変更可能である。
また、各実施の形態で説明した各構成は、単独で使用してもよいし、他の構成と組み合わせて用いてもよい。
また、永久磁石埋込型電動機について説明したが、本発明は、永久磁石埋込型以外の種々の永久磁石電動機に適用することができる。
また、永久磁石電動機を圧縮装置の駆動装置として用いる場合について説明したが、本発明の永久磁石電動機は、圧縮装置以外の種々の装置の駆動装置として用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜請求項１１に記載の永久磁石電動機および請求項１２に記載の圧縮装置を用いれば、集中巻方式で固定子巻線を巻回した場合でも、固定子の突部（磁極部）に磁気集中が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における磁束の流れを示す図である。
【図３】回転子の切欠部及び突部と固定子の突部との間の間隔ｈとｇの比[ｈ／ｇ]とキャリア騒音及び効率との関係を示す図である。
【図４】キャリア周波数と騒音との関係を示す図である。
【図５】第２の実施の形態を示す図である。
【図６】第３の実施の形態を示す図である。
【図７】第４の実施の形態を示す図である。
【図８】第５の実施の形態を示す図である。
【図９】第６の実施の形態を示す図である。
【図１０】第７の実施の形態を示す図である。
【図１１】第８の実施の形態を示す図である。
【図１２】第９の実施の形態を示す図である。
【図１３】第１０の実施の形態を示す図である。
【図１４】第１１の実施の形態を示す図である。
【図１５】第１２の実施の形態を示す図である。
【図１６】第１３の実施の形態を示す図である。
【図１７】従来例を示す図である。
【図１８】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０，４０，７０，１７０，４１０，４４０・・・固定子
１１，４１，７１，１７１，４１１，４４１・・・ヨーク
１２ａ〜１２ｎ，４２ａ〜４２ｎ，７２ａ〜７２ｎ，１７２ａ〜１７２ｎ，４１２ａ〜４１２ｎ，４４２ａ〜４４２ｎ・・・固定子の突部
２０，５０，８０，１２０，１５０，１８０，２１０，２３０，２５０，２７０，３１０，３３０，３５０，４２０，４５０・・・回転子
２１ａ〜２１ｍ，５１ａ〜５１ｍ，８１ａ〜８１ｍ，１２１ａ〜１２１ｍ，１５１ａ〜１５１ｍ，１８１ａ〜１８１ｍ，２１１ａ，２３１ａ，２５１ａ，２７１ａ，３１１ａ，３３１ａ，３５１ａ，４２１ａ〜４２１ｍ，４５１ａ〜４５１ｍ・・・回転子の突部
２２ａ〜２２ｍ，５２ａ〜５２ｍ，８２ａ〜８２ｍ，１８２ａ〜１８２ｍ，４２２ａ〜４２２ｍ，４５２ａ〜４５２ｍ・・・切欠部
３１ａ〜３１ｍ，６１ａ〜６１ｍ，９１ａ〜９１ｍ，９２ａ〜９２ｍ，１３１ａ〜１３１ｍ，１６１ａ〜１６１ｍ，１９１ａ〜１９１ｍ，２２１ａ，２４１ａ，２６１ａ，２６２ａ，２８１ａ，３２１ａ，３４１ａ，３６１ａ，３６２ａ，４３１ａ〜４３１ｍ，４６１ａ〜４６１ｍ・・・磁石収容孔
３５ａ〜３５ｍ，６５ａ〜６５ｍ，９５ａ〜９５ｍ，９６ａ〜９６ｍ，１３５ａ〜１３５ｍ，１３６ａ〜１３６ｍ，１３７ａ〜１３７ｍ，１６５ａ〜１６５ｍ，１６６ａ〜１６６ｍ，１６７ａ〜１６７ｍ、１９５ａ〜１９５ｍ，１９６ａ〜１９６ｍ、１９７ａ〜１９７ｍ，２２５ａ，２４５ａ，２６５ａ，２６６ａ，２８５ａ，３２５ａ，３４５ａ，３６５ａ，３６６ａ，４３５ａ〜４３５ｍ，４６５ａ〜４６５ｍ・・・永久磁石
１６２ａ〜１６２ｍ，１６３ａ〜１６３ｍ，２０１ａ〜２０１ｍ，２０２ａ〜２０２ｍ，２０３ａ〜２０３ｍ,２０４ａ〜２０４ｍ・・・空隙部
【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、回転子コアに永久磁石が装着された回転子を有する永久磁石電動機が用いられる。その際、高効率である永久磁石埋込型電動機が用いられることが多い。永久磁石埋込型電動機は、回転子に設けられた磁石収容孔に永久磁石を埋め込んだ構造であり、永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、回転子の逆突極性によるリラクタンストルクを利用するものである。
永久磁石埋込型電動機の従来例を図１７、図１８に示す。なお、巻線は便宜上省略する。
【０００３】
図１７は、分布巻方式で固定子巻線を巻回した、永久磁石回転式の永久磁石埋込型電動機を示す。図１７に示す永久磁石埋込型電動機は、固定子４１０と回転子４２０により構成されている。
固定子４１０は、例えば、電磁鋼板を積層して構成され、ヨーク部４１１と、ヨーク部４１１から回転子４２０と対向する方向に突出する複数の磁極部（「ティース部」、「歯部」ともいう）４１２ａ〜４１２ｎを有している。磁極部４１２ａ〜４１２ｎの回転子４２０と対向する部分には、先端部（磁極先端部）が設けられている。磁極部４１２ａ〜４１２ｎ間に形成されるスロットには、固定子巻線が分布巻方式で巻回される。また、固定子４１０には、冷媒ガス通路が設けられる。例えば、回転子４２０と対向する磁極部４１２ａ〜４１２ｎと反対側のヨーク部４１１に冷媒ガス通路用の凹部が設けられる。あるいは、固定子４１０に冷媒通路用の孔が設けられる。
回転子４２０は、例えば、電磁鋼板を積層して構成され、交互に設けられた突部４２１ａ〜４２１ｍと切欠部４２２ａ〜４２２ｍを有している。突部と切欠部によって回転子の磁極部が構成されている。また、回転子４２０には、各突部（各磁極）に対応させて磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍが設けられている。磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍには、永久磁石４３５ａ〜４３５ｍが収容される。永久磁石４３５ａ〜４３５ｍとしては、フェライト磁石や希土類磁石等が用いられる。また、隣り合う磁極が異極となるように、隣り合う磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍに収容される永久磁石４３５ａ〜４３５ｍは交互に着磁される。例えば、図１７では、永久磁石４３５ａは外周面側がＳ極、中心軸方向側がＮ極に着磁され、永久磁石４３５ｍは、外周面側がＮ極、中心軸方向側がＳ極に着磁されている。
図１７に示す永久磁石埋込型電動機は、固定子４１０のスロット数は２４であり、回転子４２０は４極構造であり、磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍは９０度間隔で４個設けられており、各磁石収容孔４３１ａ〜４３１ｍにそれぞれ１個の永久磁石４３５ａ〜４３５ｍが埋め込まれている。
図１８は、集中巻方式で固定子巻線を巻回した、永久磁石回転式の永久磁石埋込型電動機を示す。図１８に示す永久磁石埋込型電動機は、固定子４４０と回転子４５０により構成されている。固定子４４０及び回転子４５０の構成は、固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎの数が異なる以外は、図１７に示した永久磁石埋込型電動機と同様である。
図１８に示す永久磁石埋込型電動機は、固定子４４０のスロット数が６であり、回転子４５０は４極構造であり、磁石収容孔４６１ａ〜４６１ｍは９０度間隔で４個設けられており、各磁石収容孔４６１ａ〜４６１ｍにそれぞれ１個の永久磁石４６５ａ〜４６５ｍが埋め込まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮機に用いられる永久磁石埋込型電動機は、通常、周波数変換装置あるいは周波数・電圧変換装置等のインバータ装置から駆動電源が供給される。インバータ装置は、例えば、交流電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換回路（整流回路）、直流電圧を平滑する平滑回路、平滑された直流電圧を交流電圧に変換する直流−交流変換回路（インバータ回路）、交流−直流変換回路や直流−交流変換回路を制御する制御回路等によって構成される。
直流−交流変換回路（インバータ回路）は、例えば、所定周波数（キャリア周波数）でスイッチングする（ＰＷＭ制御する）ことによって直流電圧を交流電圧に変換する。ここで、キャリア周波数が低い場合にはモータ鉄損の増加によって電動機の効率が低下し、高い場合には漏れ電流が発生する。このため、キャリア周波数としては、通常、３０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚの間の周波数が用いられる。
このようなインバータ装置により駆動される永久磁石電動機として、図１７に示すような、分布巻方式で固定子巻線を巻回した永久磁石埋込型電動機を用いた場合、低速域の効率が低い。
一方、永久磁石電動機として、図１８に示すような、集中巻方式で固定子巻線を巻回した永久磁石埋込型電動機を用いた場合、低速域の効率は向上するが、キャリア周波数帯域の騒音（キャリア騒音）が大きくなる。すなわち、分布巻方式で固定子巻線を巻回した場合には、図１７に点線Ｃ及びＤで示す磁束が発生するため、固定子の磁極先端部における磁気集中は少ない。しかしながら、集中巻方式で固定子巻線を巻回した場合には、図１８に点線Ｅで示す異なる突部（磁極部）を流れる磁束以外に、点線Ｆで示す１つの突部（磁極部）のみを流れる磁束が発生する。この磁束Ｆによって、固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎに磁気集中が発生する。この固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎにおける磁気集中により、固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎの先端部に大きな磁気吸引力が発生する。このため、機械的剛性が低い固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａ〜４４２ｎの先端部は大きなキャリア騒音を発生する。
図４には、分布巻方式を用いた永久磁石埋込型電動機（２４スロット）と集中巻方式を用いた永久磁石埋込型電動機（６スロット）を、インバータ装置によりキャリア周波数３５００Ｈｚにて駆動した際の騒音を示す。
図４は、騒音を各周波数成分ごとに分解したものを表している。
図４から、分布巻方式を用いた永久磁石埋込型電動機では、３５００Ｈｚ付近のキャリア騒音が小さいのに対して、集中巻方式を用いた永久磁石埋込型電動機では、３５００Ｈｚ付近でのキャリア騒音が高くなっていることがわかる。
そこで、本発明は、集中巻方式で固定子巻線を巻回した場合でも、固定子の磁極部に磁気集中が発生するのを防止す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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第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、回転子と固定子を備え、固定子は、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磁極部と、磁極部に集中巻方式で巻回された固定子巻線を有し、回転子は、周方向に交互に複数設けられた突部と切欠部により形成される外周面と、各突部に対応して設けられた複数の永久磁石を有し、各永久磁石は、回転子の中心と各突部の中央とを結ぶ線に交差する位置に配置されている永久磁石電動機であって、磁極部の、回転子の中心を中心点とする開角をθ１、切欠部の、回転子の中心を中心点とする開角をθ２、突部と磁極部との間の間隙をｇ、切欠部と磁極部との間の間隙をｈとした時、 [ θ１≦θ２ ] および [ ２≦（ｈ／ｇ）≦４ ] が満足されるように構成されている。請求項１に記載の永久磁石電動機を用いれば、固定子の磁極部の先端部における磁気集中を防止することができ、磁気集中による影響、例えばキャリア騒音の発生を防止することができる。また、効率を向上させることもできる。
また、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、 [ θ１＜θ２ ] が満足されるように構成されているため、固定子の磁極部における磁気集中を一層確実に防止することができる。
また、第３発明は、請求項３に記載されたとりの永久磁石電動機である。
請求項３に記載の永久磁石回転機では、回転子は、各突部に対応して設けられた複数の磁石収容孔を有し、各永久磁石は各磁石収容孔に収容されており、各磁石収容孔は、回転子の中心と各突部の中央とを結ぶ線に交差する位置に配置されている。これにより、高性能の永久磁石電動機を得ることができる。
また、第４発明及び第５発明は、請求項４及び請求項５に記載されたとおりの永久磁石電動機である。
請求項４及び請求項５に記載の永久磁石電動機では、回転子の軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いたＶ字形状あるいは台形形状の磁石収容孔が設けられている。これにより、磁石収容孔に収容する永久磁石として、例えば、長方形形状の永久磁石を用いることができるため、永久磁石の製造が容易である。
また、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では、回転子の軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた曲線形状の磁石収容孔が設けられている。これにより、永久磁石の磁束を有効に利用することができ、効率がより向上する。
また、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では、磁石収容孔は、回転子の中心と突部の中央とを結ぶ線の位置で遮蔽部により仕切られている。これにより、回転子の強度が高くなり、キャリア騒音を一層低減することができる。
また、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では、突部に対応する磁石収容孔は、半径方向に複数層設けられている。これにより、リラクタンストルクトとマグネットトルクをバランスよく利用でき、特性を改善することができる。
また、第９発明〜第１１発明は、請求項９〜請求項１１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では、突部と当該突部に対応する磁石収容孔との間に空隙部が設けられている。これにより、空隙部によって磁束が分けられるため、固定子の磁極部の先端部における磁気集中を一層防止することができる。ここで、請求項１０に記載の永久磁石電動機のように、空隙部を突部から当該突部に対応する磁石収容孔に向けて設けたり、請求項１１に記載の永久磁石電動機のように、空隙部を各突部に対応させて複数設けるのが好ましい。
また、第１２発明は、請求項１２に記載されたとおりの圧縮装置である。
請求項１２に記載の圧縮装置を用いれば、効率がよく、音が小さい圧縮装置を得ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の永久磁石電動機の第1の実施の形態を示す図である。第1の実施の形態は、固定子のスロットの数が６で、回転子が４極構造であり、永久磁石を磁石収容孔に収容した永久磁石埋込型電動機である。本実施の形態の永久磁石埋込型電動機は、例えば、圧縮機の駆動装置として用いられる。
第1の実施の形態の永久磁石電動機は、固定子１０と回転子２０を備えている。固定子１０及回転子２０は、例えば、電磁鋼板を積層して構成される。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、５０Ａ３５０（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／ｋｇ以下のものが用いられる。
【０００７】
固定子１０は、ヨーク部１１と、ヨーク部１１から回転子２０と対向する側に突出して設けられた複数の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎを有している。突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎは、回転子２０と対向する部分（内周側）に、回転子２０の回転方向に延びる先端部（磁極先端部）１２ａ１〜１２ｎ１が設けられている。突部（磁極部）の先端部１２ａ１〜１２ｎ１の回転子２０と対抗する面は、軸方向と直角な断面形状がほぼ円弧状に形成されており、回転子（回転子の突部）との間の距離がほぼ一定となるように構成されている。
また、ヨーク部１１、突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎ、先端部１２ａ１〜１２ｎ１によってスロット部１３ａ〜１３ｎが形成されている。このスロット部１３ａ〜１３ｎを利用して、突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎに固定子巻線が集中巻方式によって巻回される。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。
【０００８】
回転子２０は、略円筒形状を有している。回転子２０には、突部２１ａ〜２１ｍと切欠部２２ａ〜２２ｍが交互に設けられている。突部と切欠部によって回転子２０の磁極部が構成される。本実施の形態では、切欠部２２ａ〜２２ｍは、回転子２０の軸方向と直角な断面形状が、凸部側が外周側を向いたほぼ円弧状の底部と、底部と突部２１ａ〜２１ｍの外周面とを連結する壁部とにより形成されている。
磁極部に対応して磁石収容孔が設けられている。本実施の形態では、突部２１ａ〜２１ｍに対応して、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍが設けられている。本実施の形態の磁石収容孔３１ａ〜３１ｍは、回転子２０の軸方向と直角な断面形状が、突部２１ａ〜２１ｍの中央と回転子２０の中心Ｐとを結ぶ線に略直交する、略直線形状に形成されている。磁石収容孔３１ａ〜３１ｍの半径方向外側の面（外周面）は、回転子２０の外周面に近接する位置まで延び、そこから回転子の外周面に沿って延びている。また、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍの半径方向内側の面（内周面）は、隣接する他の磁石収容孔に近接する位置まで延び、そこから、回転子２０の外周面に向けて延びている。
磁石収容孔３１ａ〜３１ｍには、永久磁石が収容されている（埋め込まれている）。本実施の形態では、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍに、回転子２０の軸方向に直角な断面形状が長方形形状を有する永久磁石３５ａ〜３５ｍが収容されている。本実施の形態では、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍに永久磁石３５ａ〜３５ｍを収容した時に、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍの端部に空隙が形成されるように構成されている。勿論、磁石収容孔３１ａ〜３１ｍに空隙が形成されなくてもよい。
永久磁石３５ａ〜３５ｍは、磁極毎にＳ極、Ｎ極が交互となるように配置されている。永久磁石３５ａ〜３５ｍ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。軸方向に直角な断面形状が長方形形状を有する永久磁石は、製造が容易である。
回転子２０には、回転軸を挿通するための孔２３が設けられている。
なお、回転子２０の軸方向の両端には端板が設けられ、この端板は孔２４に挿通されるリベットピン等により回転子２０に固定される。
【０００９】
ここで、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角（中心点Ｐを中心とする角度）をθ１、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角（中心点Ｐを中心とする角度）をθ２とする。本実施の形態では、固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎの先端部（内周面）１２ａ１〜１２ｎ１の開角を、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角θ１とする。また、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開口部の開角を、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２とする。
従来の永久磁石埋込形電動機は、［θ１＞θ２］に設定されている。このため、従来の永久磁石埋込形電動機では、例えば、図１８の点線Ｆで示すように、永久磁石４６５ａ→回転子４５０の突部４５１ａ→固定子４４０の突部４４２ａの先端部→回転子４５０の突部４５１ｍ→永久磁石４６５ｍ→永久磁石４６５ａの経路を流れる磁束が発生し、固定子４４０の突部（磁極部）４４２ａの先端部（磁極先端部）に磁気集中が発生する。この突部の先端部（磁極先端部）における磁気集中によって、例えばキャリア騒音が大きくなる。
本実施の形態では、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角θ１と回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２とが、条件［θ１≦θ２］を満足するように構成されている。本実施の形態では、図２の点線Ａに示す磁束が流れる。すなわち、図１８の点線Ｆで示すような、固定子の１つの突部（磁極部）のみを通る磁束は発生しない。このため、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの先端部（磁極先端部）１２ａ１〜１２ｎ１に磁気集中が発生するのを防止することができる。
なお、［θ１＝θ２］の場合でも［θ１＞θ２］の場合に比べれば固定子１０の突部の先端部１２ａ１〜１２ｎ１における磁気集中を低減することができるが、［θ１＜θ２］の場合の方が固定子１０の突部の先端部１２ａ１〜１２ｎ１における磁気集中の低減効果は大きい。このため、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角θ１と回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２が、条件［θ１＜θ２］を満足するように構成するのが好ましい。
回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２の上限は、所定の特性を得るために必要な回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍの開角によって定まる。
【００１０】
また、図１において、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍと固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎとの間の間隔をｈ、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍと固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎとの間の間隔をｇとする。本実施の形態では、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの底部と固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎの先端部１２ａ１〜１２ｎ１の内周面との間の間隔を、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍと固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｈとして用いている。また、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍの外周面と固定子１０の突部１２ａ〜１２の先端部１２ａ１〜１２ｎ１の内周面との間の距離を、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍと固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｇとして用いている。
ここで、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍと固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｈと、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍと固定子１０の突部１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｇとの比［ｈ／ｇ］と、キャリア騒音及び効率との関係を、図３に示す。図３において、丸印が付されている特性線がキャリア騒音を示し、三角印が付されている特性線が効率を示している。
図３から、［ｈ／ｇ］が２より大きくなると、キャリア騒音が低減していることがわかる。また、［ｈ／ｇ］が４より大きくなると、効率が低下していることがわかる。
このことから、[２≦（ｈ／ｇ）≦４]が満足されるように構成することにより、効率を低下させることなく、キャリア騒音を低減することができることがわかる。
【００１１】
以上のように、本実施の形態の永久磁石電動機では、固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎの開角θ１と回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍの開角θ２とが、条件［θ１≦θ２］、好ましくは条件［θ１＜θ２］を満足するように構成されている。これにより、固定子１０の突部の先端部（磁極先端部）１２ａ１〜１２ｎ１に磁気集中が発生するのを防止することができる。したがって、永久磁石電動機を周波数変換装置あるいは周波数・電圧変換装置等のインバータ装置によって駆動する場合に、キャリア騒音を低減することができる。
また、回転子２０の切欠部２２ａ〜２２ｍと固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｈと、回転子２０の突部２１ａ〜２１ｍと固定子１０の突部（磁極部）１２ａ〜１２ｎとの間の間隔ｇとの比［ｈ／ｇ］が、条件[２≦（ｈ／ｇ）≦４]が満足されるように構成されている。これにより、効率を低下させることなく、キャリア騒音を低減することができる。
なお、第１の実施の形態では、条件［θ１≦θ２］及び条件[２≦（ｈ／ｇ）≦４]が満足されるように構成したが、少なくとも条件［θ１≦θ２］が満足されるように構成されていればよい。この場合でも、固定子の磁極部の先端部における磁極集中を防止することができ、固定子の磁極部の先端部における磁気集中による影響、例えば、キャリア騒音を低減することができる。
【００１２】
第１の実施の形態では、回転子の切欠部として、軸方向に直角な断面形状が、ほぼ円弧状の底部と、底部と突部の外周面とを連結する壁部とにより形成されている切欠部を用いたが、回転子の切欠部はこれ以外にも種々の形状の切欠部を用いることができる。
例えば、図５に示す第２の実施の形態のような形状であってもよい。図５に示す第２の実施の形態では、回転子５０の切欠部５２ａ〜５２ｍは、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた曲線形状に形成されている。第２の実施の形態では、回転子５０の切欠部５２ａ〜５２ｍの最も中心側の箇所と、固定子４０の突部（磁極部）４２ａ〜４２ｎの先端部（磁極先端部）４２ａ１〜４２ｎ１との間の間隔を、回転子５０の切欠部５２ａ〜５２ｍと固定子４０の突部（磁極部）４２ａ〜４２ｎとの間の間隔ｈとして用いている。
なお、回転子５０の突部５１ａ〜５１ｍと切欠部５２ａ〜５２ｍとの境界部では、突部５１ａ〜５１ｍの形状から切欠部５２ａ〜５２ｍの形状への変化が大きい方が好ましい。
【００１３】
次に、本発明の第３の実施の形態を図６に示す。
第３の実施の形態では、回転子８０の突部８１ａ〜８１ｍに対応させて、軸方向に直角な断面形状がほぼ直線形状を有する２個の磁石収容孔９１ａ〜９１ｍ及び９２ａ〜９２ｍが、遮蔽部９３ａ〜９３ｍにより仕切られて設けられている。
突部８１ａ〜８１ｍに対応する磁石収容孔９１ａ〜９１ｍ及び９２ａ〜９２ｍ、例えば、突部８１ａに対応する磁石収容孔９１ａ及び２ａは、軸方向に直角な断面形状において、遮蔽部９３ａ〜９３ｍの中心と中心点Ｐを通る直線の両側にほぼ対称に、凸部側が中心側を向いたＶ字形状となるように配置されている。すなわち、第３の実施の形態では、各突部に対応する磁石収容孔は、円周方向のほぼ中央部で仕切られている。
磁石収容孔９１ａ〜９１ｍ及び９２ａ〜９２ｍには、軸方向に直角な断面形状が略長方形形状を有する永久磁石９５ａ〜９５ｍ及び９６ａ〜９６ｍが収納されている。
磁石収容孔を、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いたＶ字形状とすることにより、第１の実施の形態に比べて、永久磁石の量を多くとることができる。これにより、リラクタンストルクを有効に利用しつつ、マグネットトルクを増加させることができる。
また、各突部に対応する磁石収容孔を円周方向のほぼ中央部で仕切ることにより、回転子８０が回転する時の遠心力に対する強度が向上する。
なお、第３の実施の形態では、遮蔽部９３ａ〜９３ｍで仕切られた磁石収容孔９１ａ〜９１ｍ及び９２ａ〜９２ｍにより、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いたＶ字形状を有する磁石収容孔を各突部８１ａ〜８１ｍに対応させて設けたが、連続した１個の磁石収容孔を設けてもよい。
また、磁石収容孔を、円周方向のほぼ中央部で仕切ることにより回転子の強度を向上させる構成は、他の実施の形態に適用することができる。
【００１４】
次に、図７に本発明の第４の実施の形態を示す。
第４の実施の形態では、回転子１２０の突部に対応させて、軸方向に直行する断面形状が、凸部側が中心側を向いた台形形状を有する磁石収容孔１３１ａ〜１３１ｍが設けられている。
磁石収容孔１３１ａ〜１３１ｍには、軸方向に直行する断面形状が長方形形状を有する永久磁石１３５ａ〜１３５ｍ、１３６ａ〜１３６ｍ、１３７ａ〜１３７ｍが収納されている。すなわち、磁石収容孔１３１ａ〜１３１ｍの中央部に永久磁石１３６ａ〜１３６ｍが収容され、磁石収容孔１３１ａ〜１３１ｍの側部にそれぞれ永久磁石１３５ａ〜１３５ｍ及び１３７ａ〜１３７ｍが収容されている。
磁石収容孔を、軸方向に直行する断面形状が、凸部側が中心側を向いた台形形状とすることにより、第１の実施の形態に比べて、永久磁石の量を多くとることができる。これにより、リラクタンストルクを有効に利用しつつ、マグネットトルクを増加させることができる。
【００１５】
次に、図８に本発明の第５の実施の形態を示す。
例えば、永久磁石埋込型電動機を圧縮機の駆動装置として用いる場合には、永久磁石として、温度が高くなった場合の磁束密度の低下がフェライト磁石より少ない希土類磁石が用いられる。
しかしながら、永久磁石埋込型電動機の駆動装置としてＰＷＭ制御（パルス幅制御）方式のインバータを用いた場合、ＰＷＭ制御による高調波が発生し、高調波磁束が回転子の外周面より流出入する。磁石収容孔に収容されている永久磁石の端部は、この回転子の外周面より流出入する高調波磁束の影響を強く受けることになる。特に、希土類磁石は金属系磁石のため、永久磁石の端部が高調波磁束の影響を受けやすく、その結果永久磁石の端部が発熱し鉄損を増加させることとなり、効率が低下する。
この回転子の外周面より流出入する高調波磁束が永久磁石の端部に影響を及ぼすのを防止するために、第５の実施の形態では、磁石収容孔の端部と回転子の外周面との間に空隙部が設けられている。すなわち、第５の実施の形態では、回転子１５０に、突部１５１ａ〜１５１ｍに対応させて、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた台形形状の磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍが設けられているとともに、空隙部１６２ａ〜１６２ｍ及び１６３ａ〜１６３ｍが設けられている。空隙部１６２ａ〜１６２ｍ及び１６３ａ〜１６３ｍは、磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍの端部と回転子１５０の外周面との間に設けられている。空隙部１６２ａ〜１６２ｍ及び１６３ａ〜１６３ｍの幅は、磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍの端部の幅と同程度以上とするのが好ましい。磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍには、軸方向に直角な断面形状が長方形形状の永久磁石１６５ａ〜１６５ｍ、１６６ａ〜１６６ｍ、１６７ａ〜１６７ｍが収納されている。
これにより、回転子１５０の磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍに収容された永久磁石１６５ａ〜１６５ｍ及び１６７ａ〜１６７ｍの回転子外周側の端部は、回転子の外周部から離れて配設されるため、ＰＷＭ制御等による高調波磁束の影響を受けることがなく、永久磁石の端部発熱を減少させて、鉄損を減少させることができる。このことにより、効率を低下させることなく永久磁石の使用量を減少させることができる。
【００１６】
第５の実施の形態では、磁石収容孔１６１ａ〜１６１ｍの端部と空隙部１６２ａ〜１６２ｍ及び１６３ａ〜１６３ｍとの間に遮蔽部が形成されるため、回転子の強度が向上する。
なお、第５の実施の形態では、空隙部１６２ａ〜１６２ｍを設けることで永久磁石１６５ａ〜１６５ｍ及び１６７ａ〜１６７ｍの回転子外周側の端部を回転子の外周部から離して配設したが、永久磁石の端部を回転子の外周側の端部から離して配設する構成はこれに限定されない。例えば、第１〜第３の実施の形態の構成を用いてもよい。
また、第５の形態では、磁石収容孔として台形形状の磁石収容孔を用いたが、磁石収容孔としては、種々の形状の磁石収容孔を用いることができる。
【００１７】
次に、図９に本発明の第６の実施の形態を示す。
第６の実施の形態では、回転子の突部と当該突部に対応する磁石収容孔との間に、各突部を流れる磁束を分ける空隙部が設けられている。すなわち、第６の実施の形態では、回転子１８０に、軸方向に直角な断面形状が、突部１８１ａ〜１８１ｍに対応させて、凸部側が中心側を向いた台形形状の磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍと、空隙部２０１ａ〜２０１ｍ、２０２ａ〜２０２ｍ、２０３ａ〜２０３ｍ、２０４ａ〜２０４ｍが設けられている。空隙部２０１ａ〜２０１ｍ、２０２ａ〜２０２ｍ、２０３ａ〜２０３ｍ、２０４ａ〜２０４ｍは、突部１８１ａ〜１８１ｍと磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍの外周面との間に、突部１８１ａ〜１８１ｍから磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍの外周側の面に向けて（逆でもよい）設けられている。
磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍには、軸方向と直角な断面形状が長方形形状の永久磁石１９５ａ〜１９５ｍ、１９６ａ〜１９６ｍ、１９７ａ〜１９７ｍが収納されている。
本実施の形態では、空隙部２０１ａ〜２０１ｍ、２０２ａ〜２０２ｍ、２０３ａ〜２０３ｍ、２０４ａ〜２０４ｍによって、磁石収容孔１９１ａ〜１９１ｍと突部１８１ａ〜１８１ｍとの間で磁束が分けられ、個別に流れる。このため、固定子１７０の突部（磁極部）１７２ａ〜１７２ｎにおける磁気集中を一層低減することができ、キャリア騒音を一層低減することができる。
なお、第６の実施の形態では、突部と磁石収容孔との間に、突部から磁石収容孔の外周側の面に向けられた複数の空隙部を設けたが、空隙部の数や形状は、磁束を分けることできれば種々変更可能である。
【００１８】
次に、図１０に本発明の第７の実施の形態を示す。
第７の実施の形態では、回転子２１０に、例えば、突部２１１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面及び外周側の面が、凸部側が中心側を向いた曲線形状（例えば、円弧形状）を有する磁石収容孔２２１ａが設けられている（軸方向に直角な断面形状が逆円弧形状を有する磁石収容孔）。磁石収容孔２２１ａには、軸方向の断面形状が、磁石収容孔２２１ａとほぼ同じ形状（逆円弧形状）の永久磁石２２５ａが収容されている。
曲線形状の永久磁石は、製造が困難であるが、磁束量を多く利用できる磁石配置が可能となるので、長方形形状の永久磁石を用いる場合より効率が良い。
【００１９】
次に、図１１に本発明の第８の実施の形態を示す。
第８の実施の形態では、回転子２３０に、例えば、突部２３１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面が、突部側が中心側を向いた曲線形状を有し、外周側の面が、直線形状を有する磁石収容孔２４１ａが設けられている（軸方向に直角な断面形状が逆かまぼこ形状を有する磁石収容孔）。
磁石収容孔２４１ａには、軸方向に直角な断面形状が、磁石収容孔２４１ａとほぼ同じ形状（逆かまぼこ形状）の永久磁石２４５ａが収容されている。
逆かまぼこ形状の磁石収容孔及び永久磁石を用いることにより、軸方向に直角な断面形状を、例えば第７の実施の形態より厚くとることができる。これにより、マグネットトルクを増加させることができるとともに、減磁耐力を向上させることができる。
【００２０】
次に、図１２に本発明の第９の実施の形態を示す。
第９の実施の形態では、回転子の各突部に対応させて半径方向に複数の磁石収容孔を設けることにより、多層構造としている。例えば、突部２５１ａに対応させて、磁石収容孔２６１ａ及び２６２ａを半径方向に設けている。磁石収容孔２６１ａ及び２６２ａには、永久磁石２６５ａ及び２６６ａが収容されている。本実施の形態では、磁石収容孔２６１ａ及び２６２ａ、永久磁石２６５ａ及び２６６ａは、軸方向に直角な断面形状が逆円弧状を有している。
多層構造とすることにより、リラクタンストルクを有効に利用することができ、マグネットトルク及びリラクタンストルクをバランスよく利用することができる。
【００２１】
次に、図１３に本発明の第１０の実施の形態を示す。
第１０の実施の形態では、回転子２７０に、例えば、突部２７１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面及び外周側の面が、凸部側が外周側を向いた曲線形状（例えば、円弧形状）を有する磁石収容孔２８１ａが設けられている（軸方向に直角な断面形状が円弧形状を有する磁石収容孔）。磁石収容孔２８１ａには、軸方向の断面形状が、磁石収容孔２８１ａとほぼ同じ形状（円弧形状）の永久磁石２８５ａが収容されている。
円弧形状を有する磁石収容孔及び永久磁石を用いることにより、マグネットトルクが主体の構造とすることができる。これにより、リラクタンストルクの影響が少なくなり、インバータ装置等による制御性が向上し、騒音も少なくなる。
【００２２】
次に、図１４に本発明の第１１の実施の形態を示す。
第１１の実施の形態では、回転子３１０に、例えば、突部３１１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面が、直線形状を有し、外周側の面が、突部側が外周側を向いた曲線形状を有する磁石収容孔３２１ａが設けられている（軸方向に直角な断面形状がかまぼこ形状を有する磁石収容孔）。
磁石収容孔３２１ａには、軸方向に直角な断面形状が、磁石収容孔３２１ａとほぼ同じ形状（かまぼこ形状）の永久磁石３２５ａが収容されている。
かまぼこ形状の磁石収容孔及び永久磁石を用いることにより、軸方向に直角な断面形状を、例えば第７の実施の形態より厚くとることができる。これにより、マグネットトルクを増加させることができるとともに、減磁耐力を向上させることができる。尚且つ、リラクタンストルクの影響が少ないため、インバータ装置等による制御性もよく、騒音も少なくなる。
【００２３】
次に、図１５に本発明の第１２の実施の形態を示す。
第１２の実施の形態では、回転子３３０に、例えば、突部３３１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた台形形状を有する磁石収容孔３４１ａが設けられている。
磁石収容孔３４１ａには、その中央部にのみ永久磁石３４５ａが収納されている。永久磁石３４５ａは、軸方向に直角な断面形状が長方形形状を有している。
このような形状の磁石収容孔及び永久磁石を用いることにより、永久磁石の使用量を低減することができ、コストを低減することができる。また、永久磁石が回転子の外周面より深埋めされているため、減磁界の影響を受けにくくなり、減磁耐力を向上させることができる。また、永久磁石がＰＷＭ制御によって発熱するのも防ぐことができる。
【００２４】
次に、図１６に本発明の第１３の実施の形態を示す。
第１３の実施の形態では、回転子３５０に、例えば、突部３５１ａに対応させて、軸方向に直角な断面形状において、内周側の面及び外周側の面が、凸部側が中心側を向いた曲線形状を有する磁石収容孔３６１ａ及び３６２ａが、遮蔽部３６３ａにより仕切られて設けられている。
磁石収容孔３６１ａ及び３６２ａには、軸方向の断面形状が、磁石収容孔３６１ａ及び３６２ａとほぼ同じ形状（円弧形状）の永久磁石３６５ａ及び３６６ａが収容されている。
磁石収容孔及び永久磁石を、軸方向に直角な断面形状が曲線形状とすることによる効果は、例えば、第７の実施の形態（図１０）で説明したとおりである。
また、突部に対応する永久磁石を遮蔽部で仕切って設けることによる効果は、例えば、第３の実施の形態（図６）で説明したとおりである。
【００２５】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されることなく、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、磁石収容孔の形状や数、磁石収容孔に収容する永久磁石の数や形状等は、種々変更可能である。
また、各実施の形態で説明した各構成は、単独で使用してもよいし、他の構成と組み合わせて用いてもよい。
また、永久磁石埋込型電動機について説明したが、本発明は、永久磁石埋込型以外の種々の永久磁石電動機に適用することができる。
また、永久磁石電動機を圧縮装置の駆動装置として用いる場合について説明したが、本発明の永久磁石電動機は、圧縮装置以外の種々の装置の駆動装置として用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜請求項１１に記載の永久磁石電動機および請求項１２に記載の圧縮装置を用いれば、集中巻方式で固定子巻線を巻回した場合でも、固定子の突部（磁極部）に磁気集中が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における磁束の流れを示す図である。
【図３】回転子の切欠部及び突部と固定子の突部との間の間隔ｈとｇの比[ｈ／ｇ]とキャリア騒音及び効率との関係を示す図である。
【図４】キャリア周波数と騒音との関係を示す図である。
【図５】第２の実施の形態を示す図である。
【図６】第３の実施の形態を示す図である。
【図７】第４の実施の形態を示す図である。
【図８】第５の実施の形態を示す図である。
【図９】第６の実施の形態を示す図である。
【図１０】第７の実施の形態を示す図である。
【図１１】第８の実施の形態を示す図である。
【図１２】第９の実施の形態を示す図である。
【図１３】第１０の実施の形態を示す図である。
【図１４】第１１の実施の形態を示す図である。
【図１５】第１２の実施の形態を示す図である。
【図１６】第１３の実施の形態を示す図である。
【図１７】従来例を示す図である。
【図１８】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０，４０，７０，１７０，４１０，４４０・・・固定子
１１，４１，７１，１７１，４１１，４４１・・・ヨーク
１２ａ〜１２ｎ，４２ａ〜４２ｎ，７２ａ〜７２ｎ，１７２ａ〜１７２ｎ，４１２ａ〜４１２ｎ，４４２ａ〜４４２ｎ・・・固定子の突部
２０，５０，８０，１２０，１５０，１８０，２１０，２３０，２５０，２７０，３１０，３３０，３５０，４２０，４５０・・・回転子
２１ａ〜２１ｍ，５１ａ〜５１ｍ，８１ａ〜８１ｍ，１２１ａ〜１２１ｍ，１５１ａ〜１５１ｍ，１８１ａ〜１８１ｍ，２１１ａ，２３１ａ，２５１ａ，２７１ａ，３１１ａ，３３１ａ，３５１ａ，４２１ａ〜４２１ｍ，４５１ａ〜４５１ｍ・・・回転子の突部
２２ａ〜２２ｍ，５２ａ〜５２ｍ，８２ａ〜８２ｍ，１８２ａ〜１８２ｍ，４２２ａ〜４２２ｍ，４５２ａ〜４５２ｍ・・・切欠部
３１ａ〜３１ｍ，６１ａ〜６１ｍ，９１ａ〜９１ｍ，９２ａ〜９２ｍ，１３１ａ〜１３１ｍ，１６１ａ〜１６１ｍ，１９１ａ〜１９１ｍ，２２１ａ，２４１ａ，２６１ａ，２６２ａ，２８１ａ，３２１ａ，３４１ａ，３６１ａ，３６２ａ，４３１ａ〜４３１ｍ，４６１ａ〜４６１ｍ・・・磁石収容孔
３５ａ〜３５ｍ，６５ａ〜６５ｍ，９５ａ〜９５ｍ，９６ａ〜９６ｍ，１３５ａ〜１３５ｍ，１３６ａ〜１３６ｍ，１３７ａ〜１３７ｍ，１６５ａ〜１６５ｍ，１６６ａ〜１６６ｍ，１６７ａ〜１６７ｍ、１９５ａ〜１９５ｍ，１９６ａ〜１９６ｍ、１９７ａ〜１９７ｍ，２２５ａ，２４５ａ，２６５ａ，２６６ａ，２８５ａ，３２５ａ，３４５ａ，３６５ａ，３６６ａ，４３５ａ〜４３５ｍ，４６５ａ〜４６５ｍ・・・永久磁石
１６２ａ〜１６２ｍ，１６３ａ〜１６３ｍ，２０１ａ〜２０１ｍ，２０２ａ〜２０２ｍ，２０３ａ〜２０３ｍ,２０４ａ〜２０４ｍ・・・空隙部
Claims (12)
- 回転子と固定子を備え、
固定子は、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磁極部と、磁極部に集中巻方式で巻回された固定子巻線を有し、
回転子は、周方向に交互に複数設けられた突部と切欠部により形成される外周面と、各突部に対応して設けられた複数の永久磁石を有し、各永久磁石は、回転子の中心と各突部の中央とを結ぶ線に交差する位置に配置されている永久磁石電動機であって、
磁極部の、回転子の中心を中心点とする開角をθ１、切欠部の、回転子の中心を中心点とする開角をθ２、突部と磁極部との間の間隙をｇ、切欠部と磁極部との間の間隙をｈとした時、 [ θ１≦θ２ ] および [ ２≦（ｈ／ｇ）≦４ ] が満足されるように構成されている永久磁石電動機。 - 請求項１に記載の永久磁石電動機であって、[θ１＜θ２]が満足されるように構成されている永久磁石電動機。
- 請求項１または２に記載の永久磁石電動機であって、回転子は、各突部に対応して設けられた複数の磁石収容孔を有し、各永久磁石は各磁石収容孔に収容されており、各磁石収容孔は、回転子の中心と各突部の中央とを結ぶ線に交差する位置に配置されている永久磁石電動機。
- 請求項３に記載の永久磁石電動機であって、磁石収容孔は、回転子の軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いたＶ字形状に形成されている永久磁石電動機。
- 請求項３に記載の永久磁石電動機であって、磁石収容孔は、回転子の軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた台形形状に形成されている永久磁石電動機。
- 請求項３に記載の永久磁石電動機であって、磁石収容孔は、回転子の軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた曲線形状に形成されている永久磁石電動機。
- 請求項３〜６のいずれかに記載の永久磁石電動機であって、磁石収容孔は、回転子の中心と突部の中央とを結ぶ線の位置で遮蔽部により仕切られている永久磁石電動機。
- 請求項３〜７のいずれかに記載の永久磁石電動機であって、磁石収容孔は、半径方向に複数層設けられている永久磁石電動機。
- 請求項３〜８のいずれかに記載の永久磁石電動機であって、突部と、当該突部に対応する磁石収容孔との間に空隙部が設けられている永久磁石電動機。
- 請求項９に記載の永久磁石電動機であって、空隙部は、突部から当該突部に対応する磁石収容孔に向けて設けられている永久磁石電動機。
- 請求項９または１０に記載の永久磁石電動機であって、空隙部は、各突部に対応させて複数設けられている永久磁石電動機。
- 請求項１〜１１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。
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