JP4398906B2 - 永久磁石電動機 - Google Patents
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Description
本発明は、固定子巻線を有する固定子と、磁石収容孔に収容された永久磁石を有する回転子とを備える永久磁石電動機に関する。
エアコン（空調装置）や冷蔵庫等の圧縮機を駆動する電動機として、磁石収容孔に永久磁石が収容された（埋め込まれた）回転子、すなわち永久磁石埋込構造の回転子を備える永久磁石電動機（以下、「永久磁石埋込型電動機」という）が用いられている。永久磁石埋込型電動機は、永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、回転子の突極性によるリラクタンストルクの両方を利用するモータである。
従来の永久磁石埋込型電動機では、回転子コアを有する回転子と、固定子コアを有する固定子を備えている。回転子コアには、例えば、軸方向に直角な断面形状が、半径方向に略直角な長方形形状に形成された磁石収容孔、あるいは、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた円弧形状等の凸形状の磁石収容孔が各磁極に設けられている。そして、各磁極の磁石収容孔には、軸方向に直角な断面形状が長方形形状や円弧形状等に形成された永久磁石が収容されている（埋め込まれている）。永久磁石としては、フェライト磁石や希土類磁石が用いられている。
また、固定子コアには、先端部が回転子コアの外周部と間隙（エアギャップ）を介して配置されるティース部が設けられている。そして、ティース部によって形成されるスロット内に固定子巻線が配設されている。
インバータ等の電源供給源から固定子巻線に電源を供給することにより、回転子が回転する。
従来の永久磁石埋込型電動機では、回転子コアを有する回転子と、固定子コアを有する固定子を備えている。回転子コアには、例えば、軸方向に直角な断面形状が、半径方向に略直角な長方形形状に形成された磁石収容孔、あるいは、軸方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた円弧形状等の凸形状の磁石収容孔が各磁極に設けられている。そして、各磁極の磁石収容孔には、軸方向に直角な断面形状が長方形形状や円弧形状等に形成された永久磁石が収容されている（埋め込まれている）。永久磁石としては、フェライト磁石や希土類磁石が用いられている。
また、固定子コアには、先端部が回転子コアの外周部と間隙（エアギャップ）を介して配置されるティース部が設けられている。そして、ティース部によって形成されるスロット内に固定子巻線が配設されている。
インバータ等の電源供給源から固定子巻線に電源を供給することにより、回転子が回転する。
近年、エアコンや冷蔵庫等の小型化が要望されており、それにともなって圧縮機を駆動する電動機の小型化が要望されている。例えば、外径が９０ｍｍの大きさの永久磁石電動機が要望されている。この場合、永久磁石電動機の性能を維持しながら小型化する必要がある。
ここで、フェライト磁石は、温度が高くなると磁束密度が低下する特性を有している。これに対し、希土類磁石は、温度が高くなっても磁束密度の低下が少ない特性を有している。
そこで、永久磁石電動機を小型化する方法として、例えば、永久磁石として希土類磁石を用いることにより永久磁石電動機の効率を向上させる方法や永久磁石の配置状態を変更することによって永久磁石電動機の効率を向上させる方法が考えられる。しかしながら、このような方法を用いても、実際の効率は思ったほど向上しない。これは、電源供給源としてＰＷＭ制御方式のインバータを用いることにも起因する。
本発明者らは、種々検討した結果、回転子や固定子の形状、寸法等を所定の条件が満足されるように構成することによって、電源供給源としてＰＷＭ制御方式のインバータを用いた場合でも、永久磁石電動機の効率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、電源供給源としてＰＷＭ制御方式のインバータを用いた場合でも効率を向上させることができ、もって、所定の性能を維持しながら小型化を図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。
ここで、フェライト磁石は、温度が高くなると磁束密度が低下する特性を有している。これに対し、希土類磁石は、温度が高くなっても磁束密度の低下が少ない特性を有している。
そこで、永久磁石電動機を小型化する方法として、例えば、永久磁石として希土類磁石を用いることにより永久磁石電動機の効率を向上させる方法や永久磁石の配置状態を変更することによって永久磁石電動機の効率を向上させる方法が考えられる。しかしながら、このような方法を用いても、実際の効率は思ったほど向上しない。これは、電源供給源としてＰＷＭ制御方式のインバータを用いることにも起因する。
本発明者らは、種々検討した結果、回転子や固定子の形状、寸法等を所定の条件が満足されるように構成することによって、電源供給源としてＰＷＭ制御方式のインバータを用いた場合でも、永久磁石電動機の効率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、電源供給源としてＰＷＭ制御方式のインバータを用いた場合でも効率を向上させることができ、もって、所定の性能を維持しながら小型化を図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。
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では、磁石収容孔の端部壁と回転子の外周部との間に空隙部が設けられており、隣接する磁極に設けられている空隙部の距離Ｂ、隣接するティース部の側面間の最短距離Ａ、ティース部の幅Ｃ、空隙部の周方向の長さＤが、Ｂ≧Ａ及びＤ≧Ｃを満足するように構成されている。これにより、充分なリラクタンストルクを得ることができるため、効率が向上する。また、磁石収容孔に収容されている永久磁石の端部での磁束短絡量を低減することができるため、有効磁束量を増加させることができ、効率が向上する。さらに、リラクタンストルクの変動の低減によってトルク脈動が低減し、あるいは、永久磁石の端部での磁束短絡量の低減によって回転子と固定子との間のラジアル方向の磁気吸引力が低減するため、騒音や振動を低減することができる。なお、磁石収容孔と回転子の外周部との間に空隙部を設けて永久磁石を回転子の外周部から離れて配設することにより、永久磁石の端部が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。この点においても、効率を向上させることができる。
なお、「磁石収容孔の端部壁」は、回転子の外周部近傍の端部壁を意味する。例えば、各磁極の磁石収容孔が複数の磁石収容孔部を列状に配置して構成されている場合には、「磁石収容孔の端部壁」は、回転子の外周部側に配置されている磁石収容孔部の端部壁のうち、回転子の外周部近傍の端部壁を示す。
また、請求項１に記載の永久磁石電動機では、回転子の外周部とティース先端部との間の間隙ｇ、空隙部の周方向の各位置における半径方向の長さの最短長Ｌが、ｇ×０．２≦Ｌ≦ｇ×０．５を満足するように構成されている。ｇ×０．２≦Ｌを満足することにより、短絡磁束が減少し、効率が向上する。さらに、ラジアル方向の磁気吸引力の低減によって、騒音や振動を低減することができる。Ｌ≦ｇ×０．５を満足することにより、例えば、回転子の外周部に形成した凹部を空隙部として用いる場合に、熱交換媒体に対する凹部の抵抗力の増大を低減し、凹部での損失の増大を抑制することができるため、効率の低下を抑制することができる。
また、請求項１に記載の永久磁石電動機では、固定子には、軸方向に貫通する通路が設けられており、固定子の外径をＲａ、固定子の内径をＲｂ、スロット断面積をＳ、スロット数をｚ、通路の総断面積をＧとした時、［（Ｒａ／２） ２ π−｛（Ｒｂ／２） ２ π＋Ｇ｝］×０．２≦（Ｓ×ｚ）≦［（Ｒａ／２） ２ π−｛（Ｒｂ／２） ２ π＋Ｇ｝］×０．４を満足するように構成されている。これにより、鉄損や銅損を軽減することができ、効率を向上させることができる。また、通路としては、例えば、固定子の外周部を貫通するように切り欠いた切欠部や、固定子を貫通するように形成した孔等が用いられる。
なお、請求項２に記載されているように、固定子の外径を９０ｍｍとすることにより、永久磁石電動機を小型化することができる。
さらに、本発明の永久磁石電動機を、請求項３や請求項４に記載されているように、空調装置や冷蔵庫等の圧縮機駆動用電動機として、あるいは、請求項５に記載されているように、車載装置の駆動電動機として用いることにより、各装置を小型化することができる。
請求項１に記載の永久磁石電動機では、磁石収容孔の端部壁と回転子の外周部との間に空隙部が設けられており、隣接する磁極に設けられている空隙部の距離Ｂ、隣接するティース部の側面間の最短距離Ａ、ティース部の幅Ｃ、空隙部の周方向の長さＤが、Ｂ≧Ａ及びＤ≧Ｃを満足するように構成されている。これにより、充分なリラクタンストルクを得ることができるため、効率が向上する。また、磁石収容孔に収容されている永久磁石の端部での磁束短絡量を低減することができるため、有効磁束量を増加させることができ、効率が向上する。さらに、リラクタンストルクの変動の低減によってトルク脈動が低減し、あるいは、永久磁石の端部での磁束短絡量の低減によって回転子と固定子との間のラジアル方向の磁気吸引力が低減するため、騒音や振動を低減することができる。なお、磁石収容孔と回転子の外周部との間に空隙部を設けて永久磁石を回転子の外周部から離れて配設することにより、永久磁石の端部が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。この点においても、効率を向上させることができる。
なお、「磁石収容孔の端部壁」は、回転子の外周部近傍の端部壁を意味する。例えば、各磁極の磁石収容孔が複数の磁石収容孔部を列状に配置して構成されている場合には、「磁石収容孔の端部壁」は、回転子の外周部側に配置されている磁石収容孔部の端部壁のうち、回転子の外周部近傍の端部壁を示す。
また、請求項１に記載の永久磁石電動機では、回転子の外周部とティース先端部との間の間隙ｇ、空隙部の周方向の各位置における半径方向の長さの最短長Ｌが、ｇ×０．２≦Ｌ≦ｇ×０．５を満足するように構成されている。ｇ×０．２≦Ｌを満足することにより、短絡磁束が減少し、効率が向上する。さらに、ラジアル方向の磁気吸引力の低減によって、騒音や振動を低減することができる。Ｌ≦ｇ×０．５を満足することにより、例えば、回転子の外周部に形成した凹部を空隙部として用いる場合に、熱交換媒体に対する凹部の抵抗力の増大を低減し、凹部での損失の増大を抑制することができるため、効率の低下を抑制することができる。
また、請求項１に記載の永久磁石電動機では、固定子には、軸方向に貫通する通路が設けられており、固定子の外径をＲａ、固定子の内径をＲｂ、スロット断面積をＳ、スロット数をｚ、通路の総断面積をＧとした時、［（Ｒａ／２） ２ π−｛（Ｒｂ／２） ２ π＋Ｇ｝］×０．２≦（Ｓ×ｚ）≦［（Ｒａ／２） ２ π−｛（Ｒｂ／２） ２ π＋Ｇ｝］×０．４を満足するように構成されている。これにより、鉄損や銅損を軽減することができ、効率を向上させることができる。また、通路としては、例えば、固定子の外周部を貫通するように切り欠いた切欠部や、固定子を貫通するように形成した孔等が用いられる。
なお、請求項２に記載されているように、固定子の外径を９０ｍｍとすることにより、永久磁石電動機を小型化することができる。
さらに、本発明の永久磁石電動機を、請求項３や請求項４に記載されているように、空調装置や冷蔵庫等の圧縮機駆動用電動機として、あるいは、請求項５に記載されているように、車載装置の駆動電動機として用いることにより、各装置を小型化することができる。
請求項１〜請求項５に記載の永久磁石電動機を用いれば、電源供給源としてＰＷＭ制御方式のインバータを用いた場合でも、所定の性能を維持しながら小型化することができる。
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明の永久磁石電動機の概略構成を図１、図２に示す。なお、図１は、断面図であり、図２は図１の部分拡大図である。
本発明の永久磁石電動機は、回転子１０と固定子３０により構成されている。
回転子１０は、回転子コア１１を有している。回転子コア１１は、例えば、電磁鋼板等の鋼板を積層して略円筒状に形成される。
固定子３０は、固定子コア（ヨーク部）３１を有している。固定子コア１１は、例えば、電磁鋼板等の鋼板を積層して略円筒状に形成される。
本発明の永久磁石電動機の概略構成を図１、図２に示す。なお、図１は、断面図であり、図２は図１の部分拡大図である。
本発明の永久磁石電動機は、回転子１０と固定子３０により構成されている。
回転子１０は、回転子コア１１を有している。回転子コア１１は、例えば、電磁鋼板等の鋼板を積層して略円筒状に形成される。
固定子３０は、固定子コア（ヨーク部）３１を有している。固定子コア１１は、例えば、電磁鋼板等の鋼板を積層して略円筒状に形成される。
回転子コア１１には、回転軸を挿通するための軸孔１２が中心に設けられている。
また、永久磁石を収容する（埋め込む）ための複数の磁石収容孔が軸孔１２と平行に設けられている。磁石収容孔は、各磁極毎に設けられている。本実施の形態では、９０度間隔で４個の磁石収容孔２１ａ〜２１ｄが軸線方向に設けられている。
磁石収容孔２１ａ〜２１ｄは同じ構造であるため、磁石収容孔２１ａについて説明する。なお、磁石収容孔２１ｂ〜２１ｄの要素符号は、磁石収容孔２１ａの対応する要素の要素符号のアルファベットａをｂ〜ｄに置き換えて用いる。
磁石収容孔２１ａは、回転子コア１１の半径方向中心側に設けられている直線状の内壁２２ａ、回転子コア１１の半径方向外周側に設けられている直線状の外壁２３ａ、外壁２３ａが回転子コア１１の外周部に近接する位置から回転子コア１１の外周部に略平行して延びる（略同じ形状）端部壁２４ａ、２５ａ、端部壁２４ａと内壁２２ａ、端部壁２５ａと内壁２２ａとの間に延び、磁極間の磁束通路の幅を決定する通路壁２６ａ、２７ａにより形成されている。なお、通路壁２６ａ、２７ａは省略される場合もある。
磁石収容孔２１ａの端部壁２４ａ、２５ａと回転子コア１１の外周部との間には空隙部が設けられている。本実施の形態では、回転子コア１１の外周部に設けた凹部（切欠部）１４ａ、１６ａを空隙部として用いている。凹部１４ａは、側壁１４ａ１、１４ａ３と、底壁１４ａ２により形成されている。凹部１６ａも同様の形状である。
本実施の形態では、凹部１４ａ、１６ａの底壁１４ａ２、１６ａ２と端部壁２４ａ及び端部壁２５ａは略平行に設けられている（ほぼ同じ形状を有している）。すなわち、凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄは、周方向に沿った各位置における半径方向の長さ（深さ）が略等しくなるように形成されている。
なお、「磁石収容孔の端部壁」は、回転子の外周部近傍の端部壁を意味する。例えば、各磁極の磁石収容孔が複数の磁石収容孔部を列状に配置して構成されている場合には、「磁石収容孔の端部壁」は、回転子の外周部側に配置されている磁石収容孔部の端部壁のうち、回転子の外周部近傍の端部壁を示す。
また、永久磁石を収容する（埋め込む）ための複数の磁石収容孔が軸孔１２と平行に設けられている。磁石収容孔は、各磁極毎に設けられている。本実施の形態では、９０度間隔で４個の磁石収容孔２１ａ〜２１ｄが軸線方向に設けられている。
磁石収容孔２１ａ〜２１ｄは同じ構造であるため、磁石収容孔２１ａについて説明する。なお、磁石収容孔２１ｂ〜２１ｄの要素符号は、磁石収容孔２１ａの対応する要素の要素符号のアルファベットａをｂ〜ｄに置き換えて用いる。
磁石収容孔２１ａは、回転子コア１１の半径方向中心側に設けられている直線状の内壁２２ａ、回転子コア１１の半径方向外周側に設けられている直線状の外壁２３ａ、外壁２３ａが回転子コア１１の外周部に近接する位置から回転子コア１１の外周部に略平行して延びる（略同じ形状）端部壁２４ａ、２５ａ、端部壁２４ａと内壁２２ａ、端部壁２５ａと内壁２２ａとの間に延び、磁極間の磁束通路の幅を決定する通路壁２６ａ、２７ａにより形成されている。なお、通路壁２６ａ、２７ａは省略される場合もある。
磁石収容孔２１ａの端部壁２４ａ、２５ａと回転子コア１１の外周部との間には空隙部が設けられている。本実施の形態では、回転子コア１１の外周部に設けた凹部（切欠部）１４ａ、１６ａを空隙部として用いている。凹部１４ａは、側壁１４ａ１、１４ａ３と、底壁１４ａ２により形成されている。凹部１６ａも同様の形状である。
本実施の形態では、凹部１４ａ、１６ａの底壁１４ａ２、１６ａ２と端部壁２４ａ及び端部壁２５ａは略平行に設けられている（ほぼ同じ形状を有している）。すなわち、凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄは、周方向に沿った各位置における半径方向の長さ（深さ）が略等しくなるように形成されている。
なお、「磁石収容孔の端部壁」は、回転子の外周部近傍の端部壁を意味する。例えば、各磁極の磁石収容孔が複数の磁石収容孔部を列状に配置して構成されている場合には、「磁石収容孔の端部壁」は、回転子の外周部側に配置されている磁石収容孔部の端部壁のうち、回転子の外周部近傍の端部壁を示す。
各磁石収容孔２１ａ〜２１ｄには、軸方向に直角な断面形状が略長方形形状に形成されている永久磁石２０ａ〜２０ｄが収容され（埋め込まれ）ている。ここで、隣接する磁極の磁石収容孔には、異なる極性の永久磁石が収容される。例えば、磁石収容孔２１ａにはＮ極の永久磁石２０ａが収容され（外壁２３ａ側がＮ極、内壁２２ａ側がＳ極）、磁石収容孔２１ｂにはＳ極の永久磁石２０ｂが収容される（外壁２３ｂ側がＳ極、内壁２２ｂ側がＮ極）。
本実施の形態では、軸方向に対して直角な断面形状が略長方形形状に形成されている永久磁石２０ａ〜２０ｄを用いているため、磁石収容孔２１ａ〜２１ｄの回転子コア１１の外周部側の両端部には間隙２８ａ〜２８ｄ、２９ａ〜２９ｄが設けられている。間隙２８ａ〜２８ｄ、２９ａ〜２９ｄは、空隙であってもよいし、樹脂等の非磁性絶縁体を充填してもよい。
凹部１４ａ〜１４ｄと端部壁２４ａ〜２４ｄとの間、凹部１６ａ〜１６ｄと端部壁２５ａ〜２５ｄとの間には、永久磁石２０ａ〜２０ｄを磁石収容孔２１ａ〜２１ｄ内に保持するための連結部（ブリッジ部）１７ａ〜１７ｄ、１８ａ〜１８ｄが形成されている。各磁極の凹部１４ａ〜１４ｄと１６ａ〜１６ｄとの間に主磁極部（有効磁極部）１５ａ〜１５ｄが形成される。また、隣接する磁極の凹部１４ａ〜１４ｄと１６ａ〜１６ｄとの間に磁極間部１３ａ〜１３ｄが形成される。
本実施の形態では、軸方向に対して直角な断面形状が略長方形形状に形成されている永久磁石２０ａ〜２０ｄを用いているため、磁石収容孔２１ａ〜２１ｄの回転子コア１１の外周部側の両端部には間隙２８ａ〜２８ｄ、２９ａ〜２９ｄが設けられている。間隙２８ａ〜２８ｄ、２９ａ〜２９ｄは、空隙であってもよいし、樹脂等の非磁性絶縁体を充填してもよい。
凹部１４ａ〜１４ｄと端部壁２４ａ〜２４ｄとの間、凹部１６ａ〜１６ｄと端部壁２５ａ〜２５ｄとの間には、永久磁石２０ａ〜２０ｄを磁石収容孔２１ａ〜２１ｄ内に保持するための連結部（ブリッジ部）１７ａ〜１７ｄ、１８ａ〜１８ｄが形成されている。各磁極の凹部１４ａ〜１４ｄと１６ａ〜１６ｄとの間に主磁極部（有効磁極部）１５ａ〜１５ｄが形成される。また、隣接する磁極の凹部１４ａ〜１４ｄと１６ａ〜１６ｄとの間に磁極間部１３ａ〜１３ｄが形成される。
固定子コア３１には、回転子コア１１と対向する方向に突出する複数のティース部（磁極部）３２ａ〜３２ｎが設けられている。ティース部３２ａ〜３２ｎの回転子コア１１と対向する部分には、先端部（ティース先端部）３３ａ〜３３ｎが回転子コア１１と間隙を有して設けられている。
ティース部３２ａ〜３２ｎによって形成されるスロット３４ａ〜３４ｎには、固定子巻線が、例えば、分布巻方式で配設される。
また、固定子コア３１には、冷媒ガス等を通す通路が軸方向に貫通して設けられている。図１では、固定子コア３１の外周部を切り欠いた切欠部３５ａ〜３５ｎを通路として用いている。孔を通路として用いることもできる。
ティース部３２ａ〜３２ｎによって形成されるスロット３４ａ〜３４ｎには、固定子巻線が、例えば、分布巻方式で配設される。
また、固定子コア３１には、冷媒ガス等を通す通路が軸方向に貫通して設けられている。図１では、固定子コア３１の外周部を切り欠いた切欠部３５ａ〜３５ｎを通路として用いている。孔を通路として用いることもできる。
次に、本発明の第１の実施の形態の構成を具体的に説明する。
いま、図３及び図４に示す永久磁石埋込型電動機を考える。
図３、図４に示す永久磁石埋込型電動機では、回転子２１０の回転子コア２１１には、永久磁石２２０ａ〜２２０ｄが収納される磁石収納孔２２１ａ〜２２１ｄが各磁極毎に設けられている（図３、図４では、９０度毎）。また、固定子２３０の固定子コア２３１には、スロット２３４ａ〜２３４ｎを形成するティース部２３２ａ〜２３２ｎが設けられている。ティース部２３２ａ〜２３２ｎには、回転子コア２１１と間隙を有して対向配置されるティース先端部２３３ａ〜２３３ｎが設けられている。
ここで、隣接する磁極の磁石収容孔の間隔（例えば、磁石収容孔２２１ａと２２１ｂとの間の最短距離）をＢ、隣接するティース部２３２ａ〜２３２ｎの側面間の最短距離をＡとした時、［Ｂ＜Ａ］の関係に設定されている場合を考える。
いま、図３及び図４に示す永久磁石埋込型電動機を考える。
図３、図４に示す永久磁石埋込型電動機では、回転子２１０の回転子コア２１１には、永久磁石２２０ａ〜２２０ｄが収納される磁石収納孔２２１ａ〜２２１ｄが各磁極毎に設けられている（図３、図４では、９０度毎）。また、固定子２３０の固定子コア２３１には、スロット２３４ａ〜２３４ｎを形成するティース部２３２ａ〜２３２ｎが設けられている。ティース部２３２ａ〜２３２ｎには、回転子コア２１１と間隙を有して対向配置されるティース先端部２３３ａ〜２３３ｎが設けられている。
ここで、隣接する磁極の磁石収容孔の間隔（例えば、磁石収容孔２２１ａと２２１ｂとの間の最短距離）をＢ、隣接するティース部２３２ａ〜２３２ｎの側面間の最短距離をＡとした時、［Ｂ＜Ａ］の関係に設定されている場合を考える。
この場合、回転子２１０と固定子２３０が図３に示されている位置関係（隣接する磁極の磁石収容孔２２１ａと２２１ｂとの間の部分（磁極間通路部分）がティース部２３２ａに対向する）にある時には、磁石収容孔２２１ａと２２１ｂとの間の磁極間通路部分には、ティース先端部２３３ａの中央部を介して磁束φ１が流れる。この時の磁束φ１は大きいため、大きなリラクタンストルクが発生する。
一方、回転子２１０と固定子２３０が図４に示されている位置関係（隣接する磁極の磁石収容孔２２１ａと２２１ｂとの間の部分（磁極間通路部分）がティース部２３２ａと２３２ｂの中間の位置に対向する）にある時には、磁石収容孔２２１ａと２２１ｂとの間の磁極間通路部分には、ティース先端部２３３ａの端部を介する磁束φ２と、ティース先端部２３３ｂの端部を介する磁束φ３が流れる。ここで、ティース先端部２３３ａ〜２３３ｎの端部の断面積が小さいため、少量の磁束が流れるだけでティース先端部２３３ａ〜２３３ｎが磁気飽和し、磁束が流れにくくなる。したがって、磁束φ２とφ３の和は磁束φ１に比べて小さく、発生するリラクタンストルクも小さい。
このように、リラクタンストルクが大きくなったり小さくなったりする（変動する）と、トルク脈動が大きくなり、トルク脈動に起因する振動や騒音が大きくなる。
一方、回転子２１０と固定子２３０が図４に示されている位置関係（隣接する磁極の磁石収容孔２２１ａと２２１ｂとの間の部分（磁極間通路部分）がティース部２３２ａと２３２ｂの中間の位置に対向する）にある時には、磁石収容孔２２１ａと２２１ｂとの間の磁極間通路部分には、ティース先端部２３３ａの端部を介する磁束φ２と、ティース先端部２３３ｂの端部を介する磁束φ３が流れる。ここで、ティース先端部２３３ａ〜２３３ｎの端部の断面積が小さいため、少量の磁束が流れるだけでティース先端部２３３ａ〜２３３ｎが磁気飽和し、磁束が流れにくくなる。したがって、磁束φ２とφ３の和は磁束φ１に比べて小さく、発生するリラクタンストルクも小さい。
このように、リラクタンストルクが大きくなったり小さくなったりする（変動する）と、トルク脈動が大きくなり、トルク脈動に起因する振動や騒音が大きくなる。
これに対し、第１の実施の形態では、図５、図６に示すように、隣接する磁極に設けられている凹部１４ａ〜１４ｄと１６ａ〜１６ｄ間の距離（磁極間部１３ａ〜１３ｎの周方向の長さ）Ｂと、隣接するティース部３２ａ〜３２ｎの側面間の最短距離Ａが、［Ｂ≧Ａ］を満足するように構成されている。
この場合、回転子１０と固定子３０が図５に示されている位置関係（磁極間部１３ａがティース部３２ａに対向する）にある時には、隣接する磁極の磁石収容孔２１ａと２１ｂとの間の磁極間通路部分には、ティース先端部３３ａの中央部を介する磁束φ４が流れる。この時の磁束φ４は大きいため、大きなリラクタンストルクが発生する。
また、回転子１０と固定子３０が図６に示されている位置関係（磁極間部１３ａがティース部３２ａと３２ｂの中間部に対応）にある時には、磁極間部１３ａは、ティース先端部３３ａ及びティース先端部３３ｂの中央部と対向している。このため、隣接する磁極の磁石収容孔２１ａと２１ｂとの間の磁極間通路部分には、ティース先端部３３ａの中央部を介する（ティース先端部３３ａの端部を介することなく）磁束φ５と、ティース先端部３３ｂの中央部を介する（ティース先端部３３ｂの端部を介することなく）磁束φ６が流れる。磁束φ５及びφ６はティース先端部３３ａ、３３ｂの端部を通ることなく流れるため、磁束φ５とφ６の和は大きく、発生するリラクタンストルクも大きい。
この場合、回転子１０と固定子３０が図５に示されている位置関係（磁極間部１３ａがティース部３２ａに対向する）にある時には、隣接する磁極の磁石収容孔２１ａと２１ｂとの間の磁極間通路部分には、ティース先端部３３ａの中央部を介する磁束φ４が流れる。この時の磁束φ４は大きいため、大きなリラクタンストルクが発生する。
また、回転子１０と固定子３０が図６に示されている位置関係（磁極間部１３ａがティース部３２ａと３２ｂの中間部に対応）にある時には、磁極間部１３ａは、ティース先端部３３ａ及びティース先端部３３ｂの中央部と対向している。このため、隣接する磁極の磁石収容孔２１ａと２１ｂとの間の磁極間通路部分には、ティース先端部３３ａの中央部を介する（ティース先端部３３ａの端部を介することなく）磁束φ５と、ティース先端部３３ｂの中央部を介する（ティース先端部３３ｂの端部を介することなく）磁束φ６が流れる。磁束φ５及びφ６はティース先端部３３ａ、３３ｂの端部を通ることなく流れるため、磁束φ５とφ６の和は大きく、発生するリラクタンストルクも大きい。
このように、第１の実施の形態では、隣接する磁極に設けられている凹部（空隙部）間の距離（磁極間部の長さ）Ｂ、隣接するティース部の側面間の最短距離Ａが、［Ｂ≧Ａ］を満足するように構成されている。
これにより、回転子の位置に関係なく常に大きなリラクタンストルクを発生させることができるため、効率が向上する。
さらに、リラクタンストルクの変動が低減されるため、トルク脈動を低減することができ、トルク脈動に起因して発生する振動や騒音を低減することができる。
これにより、回転子の位置に関係なく常に大きなリラクタンストルクを発生させることができるため、効率が向上する。
さらに、リラクタンストルクの変動が低減されるため、トルク脈動を低減することができ、トルク脈動に起因して発生する振動や騒音を低減することができる。
また、各磁極の磁石収容孔２２１ａ〜２２１ｄと回転子コア２１１の外周部との間に空隙部が設けられていない場合には、各磁石収容孔２２１ａ〜２２１ｄに収納されている永久磁石２２０ａ〜２２０ｄと固定子コア２３１に設けられている各ティース先端部２３３ａ〜２３３ｎとの間に、短絡磁束が流れる経路が形成されることがある。例えば、図７に示すように、磁石収容孔２２１ａに収納されている永久磁石２２０ａのＮ極から、ティース先端部２３３ａを介して永久磁石２２０ａのＳ極に短絡磁束φ７が流れる。
磁石収容孔２２１ａ〜２２１ｄに収容されている永久磁石２２０ａ〜２２０ｄとティース先端部２３３ａ〜２３３ｎとの間に短絡磁束が流れると、有効磁束量が減少する。このため、トルクが減少し、効率が低下する。
磁石収容孔２２１ａ〜２２１ｄに収容されている永久磁石２２０ａ〜２２０ｄとティース先端部２３３ａ〜２３３ｎとの間に短絡磁束が流れると、有効磁束量が減少する。このため、トルクが減少し、効率が低下する。
これに対し、本実施の形態では、図８に示すように、磁石収容孔２１ａ〜２１ｄの端部壁２４ａ〜２４ｄ、２５ａ〜２５ｄと回転子コア１１の外周部との間に凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄが空隙部として設けられている。
さらに、本実施の形態では、凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄの周方向の長さをＤ、ティース部３２ａ〜３２ｎの幅（側面間の距離）をＣとした時、［Ｄ≧Ｃ］を満足するように構成されている。
ここで、［Ｄ≧Ｃ］を満足するように構成した場合、図８に示すように、ティース先端部３３ａの端部を介して短絡磁束φ８が流れることがある。しかしながら、前述したように、ティース先端部３３ａ〜３３ｎの端部の断面積が小さいため、少量の磁束が流れるだけでティース先端部３３ａ〜３３ｎが磁気飽和する。
このため、［Ｄ≧Ｃ］を満足するように構成されていれば、ティース先端部３３ａ〜３３ｎを介して流れる短絡磁束の量を低減することができる。
さらに、本実施の形態では、凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄの周方向の長さをＤ、ティース部３２ａ〜３２ｎの幅（側面間の距離）をＣとした時、［Ｄ≧Ｃ］を満足するように構成されている。
ここで、［Ｄ≧Ｃ］を満足するように構成した場合、図８に示すように、ティース先端部３３ａの端部を介して短絡磁束φ８が流れることがある。しかしながら、前述したように、ティース先端部３３ａ〜３３ｎの端部の断面積が小さいため、少量の磁束が流れるだけでティース先端部３３ａ〜３３ｎが磁気飽和する。
このため、［Ｄ≧Ｃ］を満足するように構成されていれば、ティース先端部３３ａ〜３３ｎを介して流れる短絡磁束の量を低減することができる。
以上のように、第１の実施の形態では、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に凹部が空隙部として設けられており、さらに、凹部の半径方向の長さＤ、ティース部の幅（側面間の距離）Ｃが、［Ｄ≧Ｃ］を満足すように構成されている。
これにより、固定子コアに設けられているティース先端部を介して、磁石収容孔に収容されている永久磁石のＮ極とＳ極との間に流れる短絡磁束量を低減することができるため、有効磁束量を増加させて効率を向上させることができる。
また、短絡磁束量が低減することによって、固定子コアと回転子コアの間のラジアル方向の磁気吸引力が低減する。これにより、ラジアル方向の磁気吸引力に起因して発生する振動や騒音を低減することができる。
これにより、固定子コアに設けられているティース先端部を介して、磁石収容孔に収容されている永久磁石のＮ極とＳ極との間に流れる短絡磁束量を低減することができるため、有効磁束量を増加させて効率を向上させることができる。
また、短絡磁束量が低減することによって、固定子コアと回転子コアの間のラジアル方向の磁気吸引力が低減する。これにより、ラジアル方向の磁気吸引力に起因して発生する振動や騒音を低減することができる。
第１の実施の形態では、凹部の周方向の長さＤ、ティース部の幅（側面間の距離）Ｃが、［Ｄ≧Ｃ］を満足すように構成することによって、永久磁石の短絡磁束量を低減したが、短絡磁束量をさらに低減することができる。
永久磁石の短絡磁束量をさらに低減することができる第２の実施の形態の構成を、図９に示す。
第２の実施の形態の基本的な構成は、図１、図２に示した構成と同様であるため、第１の実施の形態と異なる構成についてのみ説明する。
本実施の形態では、磁石収容孔２１ａ〜２１ｄの端部壁２４ａ〜２４ｄ、２５ａ〜２５ｄと回転子コア１１の外周部との間に設けられている凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄの周方向の長さをＤ、ティース先端部３３ａ〜３３ｎの周方向の長さ（回転子コア１１の移動方向の長さ）をＨとした時、［Ｄ≧Ｈ］を満足するように構成されている。
この場合、図８に示した場合よりも更にティース先端部３３ａの端部を介して流れる短絡磁束も減少させることができる。
これにより、有効磁束量をより増大させることができ、効率を一層向上させることができる。
永久磁石の短絡磁束量をさらに低減することができる第２の実施の形態の構成を、図９に示す。
第２の実施の形態の基本的な構成は、図１、図２に示した構成と同様であるため、第１の実施の形態と異なる構成についてのみ説明する。
本実施の形態では、磁石収容孔２１ａ〜２１ｄの端部壁２４ａ〜２４ｄ、２５ａ〜２５ｄと回転子コア１１の外周部との間に設けられている凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄの周方向の長さをＤ、ティース先端部３３ａ〜３３ｎの周方向の長さ（回転子コア１１の移動方向の長さ）をＨとした時、［Ｄ≧Ｈ］を満足するように構成されている。
この場合、図８に示した場合よりも更にティース先端部３３ａの端部を介して流れる短絡磁束も減少させることができる。
これにより、有効磁束量をより増大させることができ、効率を一層向上させることができる。
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態では、空隙部の半径方向の長さ（深さ）を所定範囲に設定することによって効率を向上させる方法を用いている。
ここで、図１２に示すように、回転子コア１１の外周部とティース先端部３３ａとの間の間隙（エアギャップ）をｇ、凹部１４ａ〜１４ｄや１６ａ〜１６ｄの半径方向の長さ（深さ）をＬとする。
凹部１４ａ〜１４ｄや１６ａ〜１６ｄの半径方向の長さ（深さ）は、例えば、磁極間部１３ａあるいは有効磁極部１５ａと、凹部１４ａの底壁１４ａ２との間の距離）で示される（図２参照）。
なお、空隙部の半径方向の長さ（深さ）が周方向の各位置において等しくない場合（例えば、図２０〜図２３に示す空隙部）には、空隙部の半径方向の長さ（深さ）のうち最も短い長さ（最も浅い部分の長さ）を空隙部の長さ（深さ）Ｌとする。
第３の実施の形態では、空隙部の半径方向の長さ（深さ）を所定範囲に設定することによって効率を向上させる方法を用いている。
ここで、図１２に示すように、回転子コア１１の外周部とティース先端部３３ａとの間の間隙（エアギャップ）をｇ、凹部１４ａ〜１４ｄや１６ａ〜１６ｄの半径方向の長さ（深さ）をＬとする。
凹部１４ａ〜１４ｄや１６ａ〜１６ｄの半径方向の長さ（深さ）は、例えば、磁極間部１３ａあるいは有効磁極部１５ａと、凹部１４ａの底壁１４ａ２との間の距離）で示される（図２参照）。
なお、空隙部の半径方向の長さ（深さ）が周方向の各位置において等しくない場合（例えば、図２０〜図２３に示す空隙部）には、空隙部の半径方向の長さ（深さ）のうち最も短い長さ（最も浅い部分の長さ）を空隙部の長さ（深さ）Ｌとする。
通常、圧縮機等に電動機を組み込む時、組み付け公差等により回転子１０は中心がわずかであるがずれて取り付けられることがある。回転子１０の中心がずれて取り付けられると、回転子１０と固定子３０との間の間隙（エアギャップ）が小さくなった側のティース部３２ａ〜３２ｎ（ティース先端部３３ａ〜３３ｎを含む）が、磁気吸引力によって変形し、騒音が発生することがある。
しかしながら、本実施の形態では、回転子コア１１の外周部に凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄが設けられているため、ティース部３２ａ〜３２ｎに作用する磁気吸引力を低減することができる。これにより、磁気吸引力によるティース部３２ａ〜３２ｎの変形に起因して発生する騒音を低減することができる。
回転子１０の外周部に形成した凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄの半径方向の長さ（深さ）Ｌと、回転子１０の外周部とティース先端部３２ａ〜３２ｎとの間の空隙（エアギャップ）ｇとの比（Ｌ/g）と騒音との関係を図１０に示す。
図１０から、（Ｌ／ｇ）を０．２以上に設定することにより、発生する騒音が低減されていることがわかる。
しかしながら、本実施の形態では、回転子コア１１の外周部に凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄが設けられているため、ティース部３２ａ〜３２ｎに作用する磁気吸引力を低減することができる。これにより、磁気吸引力によるティース部３２ａ〜３２ｎの変形に起因して発生する騒音を低減することができる。
回転子１０の外周部に形成した凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄの半径方向の長さ（深さ）Ｌと、回転子１０の外周部とティース先端部３２ａ〜３２ｎとの間の空隙（エアギャップ）ｇとの比（Ｌ/g）と騒音との関係を図１０に示す。
図１０から、（Ｌ／ｇ）を０．２以上に設定することにより、発生する騒音が低減されていることがわかる。
なお、凹部１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄの半径方向の長さ（深さ）Ｌとエアギャップｇが、［（Ｌ／ｇ）＜０．２］の関係にあると、前記した［Ｄ≧Ｃ］あるいは［Ｄ≧Ｈ］の関係が満足されている場合でも、図１２に示すように、ティース先端部３３ａ〜３３ｎの中央部や端部を介して短絡磁束が流れることがある。
磁石収容孔２１ａ〜２１ｄに収容されている永久磁石２０ａ〜２０ｄのＮ極からティース先端部３３〜３３ｎを介して永久磁石２０ａ〜２０ｄのＳ極に流れる短絡磁束の量が増大すると、有効磁束量が減少するため、効率が低下する。
この点においても、（Ｌ／ｇ）を０．２以上に設定することにより、効率を向上させることができる。
磁石収容孔２１ａ〜２１ｄに収容されている永久磁石２０ａ〜２０ｄのＮ極からティース先端部３３〜３３ｎを介して永久磁石２０ａ〜２０ｄのＳ極に流れる短絡磁束の量が増大すると、有効磁束量が減少するため、効率が低下する。
この点においても、（Ｌ／ｇ）を０．２以上に設定することにより、効率を向上させることができる。
また、圧縮機等で使用される電動機は、高圧力下で運転される。このような環境下で運転される場合、回転子の外周部に設けられた凹部の半径方向の長さが長い（深い）と、図１３に示すように、熱交換媒体（例えば、冷媒）に対する抵抗が大きくなり、回転子の回転時における凹部での損失が大きくなる。すなわち、効率が低下する。
回転子の外周部に形成した凹部の半径方向の長さ（深さ）Ｌと、回転子の外周部とティース先端部との間の空隙（エアギャップ）ｇとの比（Ｌ/g）と熱交換媒体（冷媒）の抵抗との関係を図１１に示す。
図１１から、（Ｌ／ｇ）を０．５以下に設定することにより、熱交換媒体の抵抗を小さく抑えることができ、凹部１４ａ〜１４ｄや１６ａ〜１６ｄでの損失の増大が抑制されていることがわかる。
回転子の外周部に形成した凹部の半径方向の長さ（深さ）Ｌと、回転子の外周部とティース先端部との間の空隙（エアギャップ）ｇとの比（Ｌ/g）と熱交換媒体（冷媒）の抵抗との関係を図１１に示す。
図１１から、（Ｌ／ｇ）を０．５以下に設定することにより、熱交換媒体の抵抗を小さく抑えることができ、凹部１４ａ〜１４ｄや１６ａ〜１６ｄでの損失の増大が抑制されていることがわかる。
以上のように、本実施の形態では、回転子の外周部とティース先端部との間の間隙（エアギャップ）ｇ、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に設けられた凹部の半径方向の長さ（深さ）Ｌが、［ｇ×０．２≦Ｌ≦ｇ×０．５］を満足するように構成されている。
これにより、ティース先端部を介する短絡磁束の量を低減することができるため、効率を向上させることができる。
また、熱交換媒体に対する凹部の抵抗による損失を低減することができるため、効率を向上させることができる。
さらに、固定子と回転子との間に作用するラジアル方向の磁気吸引力を低減することができるため、固定子と回転子との間に作用する磁気吸引力に起因する騒音を低減することができる。
これにより、ティース先端部を介する短絡磁束の量を低減することができるため、効率を向上させることができる。
また、熱交換媒体に対する凹部の抵抗による損失を低減することができるため、効率を向上させることができる。
さらに、固定子と回転子との間に作用するラジアル方向の磁気吸引力を低減することができるため、固定子と回転子との間に作用する磁気吸引力に起因する騒音を低減することができる。
なお、第３の実施の形態では、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に設けられる空隙部として、回転子の外周部に形成される凹部を用いたが、これ以外にも、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に形成される孔を用いることもできる。この場合には、前記した［Ｌ≦ｇ×０．５］の条件は当てはまらない。この場合のＬの許容最大値は、永久磁石電動機の設計条件、例えば、回転子コアの外径、所定の特性を得るために必要な永久磁石を収容する磁石収容孔の配置条件等によって決定される。
次に、第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態は、回転子コア１１の各磁極の有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θを所定範囲に設定することによって効率を向上させる方法を用いている。
各磁極の有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θは、図１７に示すように、回転子コアの中心部Ｐと各有効磁極部の両端部とを結ぶ直線によって形成される角度を意味するものとする。
本実施の形態では、各有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θとティース部３２ａ〜３２ｎとの関係によって、有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θを表している。
各有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θとティース部３２ａ〜３２ｎとの関係は、各有効磁極部１５ａ〜１５ｄと対向するティース部３２ａ〜３２ｎの数によって表すことができる。
ここで、ティース先端部の端部は断面積が小さく、少量の磁束が流れるのみで磁気飽和し、磁束が通り難くなる。したがって、本実施の形態では、有効磁極部に対向しているティース部の数は、ティース先端部の中央部（ティース部の柱状の本体部に対応する部分）が有効磁極部に対向しているティース部の数で表す。
第４の実施の形態は、回転子コア１１の各磁極の有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θを所定範囲に設定することによって効率を向上させる方法を用いている。
各磁極の有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θは、図１７に示すように、回転子コアの中心部Ｐと各有効磁極部の両端部とを結ぶ直線によって形成される角度を意味するものとする。
本実施の形態では、各有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θとティース部３２ａ〜３２ｎとの関係によって、有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θを表している。
各有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θとティース部３２ａ〜３２ｎとの関係は、各有効磁極部１５ａ〜１５ｄと対向するティース部３２ａ〜３２ｎの数によって表すことができる。
ここで、ティース先端部の端部は断面積が小さく、少量の磁束が流れるのみで磁気飽和し、磁束が通り難くなる。したがって、本実施の形態では、有効磁極部に対向しているティース部の数は、ティース先端部の中央部（ティース部の柱状の本体部に対応する部分）が有効磁極部に対向しているティース部の数で表す。
有効磁極部１５ａ〜１５ｄの開角θが異なるパターンＡ〜Ｄについて磁束密度、起電力定数、効率を求めた結果を図１４〜図１６に示す。
パターンＡ〜Ｄは、それぞれ、回転子の回転に伴って有効磁極部に交互に２個と３個のティース部、３個と４個のティース部、４個と５個のティース部、５個と６個のティース部が対向するように有効磁極部の開角θを設定したものである。
例えは、パターンＣでは、回転子の回転に伴って、有効磁極部１５ａとティース部３２ａ〜３２ｎとの対向状態が図１７（ａ）〜（ｃ）のように順に変化する。図１７（ａ）〜（ｃ）では、回転子は時計方向に回転するものとする。
例えば、任意の時点において、図１７（ａ）に示すように、有効磁極部１５ａに４個のティース部３２ａ〜３２ｄが対向する。次に、図１７（ｂ）に示すように、有効磁極部１５ａに５個のティース部３２ａ〜３２ｅが対向する。次に、図１７（ｃ）に示すように、有効磁極部１５ａに４個のティース部３２ｂ〜３２ｅが対向する。
なお、パターンＡ〜Ｄでは、永久磁石の使用量、固定子の構造は同一とする。
パターンＡ〜Ｄは、それぞれ、回転子の回転に伴って有効磁極部に交互に２個と３個のティース部、３個と４個のティース部、４個と５個のティース部、５個と６個のティース部が対向するように有効磁極部の開角θを設定したものである。
例えは、パターンＣでは、回転子の回転に伴って、有効磁極部１５ａとティース部３２ａ〜３２ｎとの対向状態が図１７（ａ）〜（ｃ）のように順に変化する。図１７（ａ）〜（ｃ）では、回転子は時計方向に回転するものとする。
例えば、任意の時点において、図１７（ａ）に示すように、有効磁極部１５ａに４個のティース部３２ａ〜３２ｄが対向する。次に、図１７（ｂ）に示すように、有効磁極部１５ａに５個のティース部３２ａ〜３２ｅが対向する。次に、図１７（ｃ）に示すように、有効磁極部１５ａに４個のティース部３２ｂ〜３２ｅが対向する。
なお、パターンＡ〜Ｄでは、永久磁石の使用量、固定子の構造は同一とする。
パターンＡ〜Ｄに対する磁束密度を図１４に示す。
有効磁極部に対向するティース部の数が少ないと、ティース磁束密度が高くなり、鉄損が大きくなる。図１４から、パターンＣ、Ｄは、ティース密度が低く、鉄損が小さいことがわかる。
パターンＡ〜Ｄに対する起電力定数を図１５に示す。
起電力定数が高いほど起電力が大きい、ｄ軸方向（有効磁極部の中央部と回転子コアとを結ぶ線の方向）に近い磁束量が多いほど、起電力が高くなる。そして、起電力が高いと、駆動電流が小さくなって銅損が小さくなる。図１５から、起電力に寄与する磁束が特定の少ないティース部に集中するパターンＡ、Ｂ、Ｃの起電力定数が高くなっていることがわかる。
パターンＡ〜Ｄに対する効率（モータ効率）を図１６に示す。
図１６から、ティース磁束密度が小さくて鉄損が小さく、起電力定数が大きくて銅損が小さいパターンＣの効率がよいことがわかる。
有効磁極部に対向するティース部の数が少ないと、ティース磁束密度が高くなり、鉄損が大きくなる。図１４から、パターンＣ、Ｄは、ティース密度が低く、鉄損が小さいことがわかる。
パターンＡ〜Ｄに対する起電力定数を図１５に示す。
起電力定数が高いほど起電力が大きい、ｄ軸方向（有効磁極部の中央部と回転子コアとを結ぶ線の方向）に近い磁束量が多いほど、起電力が高くなる。そして、起電力が高いと、駆動電流が小さくなって銅損が小さくなる。図１５から、起電力に寄与する磁束が特定の少ないティース部に集中するパターンＡ、Ｂ、Ｃの起電力定数が高くなっていることがわかる。
パターンＡ〜Ｄに対する効率（モータ効率）を図１６に示す。
図１６から、ティース磁束密度が小さくて鉄損が小さく、起電力定数が大きくて銅損が小さいパターンＣの効率がよいことがわかる。
以上のように、有効磁極部の開角θを、有効磁極部に交互に４個と５個のティース部が対向するように設定することにより、鉄損と銅損を軽減することができるため、効率を向上させることができる。
次に、第５の実施の形態を説明する。
第５の実施の形態では、固定子コア３１の寸法を所定範囲に設定することによって効率を向上させる方法を用いている。固定子コア３１の寸法を決定する方法としては、例えば、図１に示す固定子コア３１の軸線方向に直角な断面の面積（固定子コア断面積）と、固定子コア３１に設けられているティース部３２ａ〜３２ｎによって形成されるスロット３４ａ〜３４ｎの軸線方向に直角な断面の面積の総和（スロット総断面積）との和に対する、スロット総断面積の比を用いる。
図１に示す固定子コア３１の形状では、固定子コア断面積とスロット総断面積との和は、［（Ｒａ／２）２π−{（Ｒｂ／２）２π＋Ｇ}］で表される。ここで、Ｒａは固定子コア３１の外径、Ｒｂは固定子コア３１の内径、Ｇは固定子コア３１に設けられている切欠部３５ａ〜３５ｎ（通路）の軸線方向に直角な断面の面積の総和を示す。また、スロット総断面積は、［Ｓ×ｚ］で示される。ここで、Ｓはスロット３４ａ〜３４ｎの軸方向に直角な断面の面積、ｚはスロット数を示す。
そして、スロット総断面積［Ｓ×ｚ］を、固定子コア断面積とスロット総断面積との和［（Ｒａ／２）２π−{（Ｒｂ／２）２π＋Ｇ}］に種々の係数（割合）を乗算した場合の効率を求め、効率を向上させることができる係数の範囲を決定する。
第５の実施の形態では、固定子コア３１の寸法を所定範囲に設定することによって効率を向上させる方法を用いている。固定子コア３１の寸法を決定する方法としては、例えば、図１に示す固定子コア３１の軸線方向に直角な断面の面積（固定子コア断面積）と、固定子コア３１に設けられているティース部３２ａ〜３２ｎによって形成されるスロット３４ａ〜３４ｎの軸線方向に直角な断面の面積の総和（スロット総断面積）との和に対する、スロット総断面積の比を用いる。
図１に示す固定子コア３１の形状では、固定子コア断面積とスロット総断面積との和は、［（Ｒａ／２）２π−{（Ｒｂ／２）２π＋Ｇ}］で表される。ここで、Ｒａは固定子コア３１の外径、Ｒｂは固定子コア３１の内径、Ｇは固定子コア３１に設けられている切欠部３５ａ〜３５ｎ（通路）の軸線方向に直角な断面の面積の総和を示す。また、スロット総断面積は、［Ｓ×ｚ］で示される。ここで、Ｓはスロット３４ａ〜３４ｎの軸方向に直角な断面の面積、ｚはスロット数を示す。
そして、スロット総断面積［Ｓ×ｚ］を、固定子コア断面積とスロット総断面積との和［（Ｒａ／２）２π−{（Ｒｂ／２）２π＋Ｇ}］に種々の係数（割合）を乗算した場合の効率を求め、効率を向上させることができる係数の範囲を決定する。
固定子外径Ｒａを９０ｍｍ、固定子内径Ｒｂを５１ｍｍ、切欠部３５ａ〜３５ｎの総断面積Ｇを２７５．４ｍｍ２、スロット数ｎを２４とし、係数を変化させてスロット断面積Ｓを変化させた場合の銅損、鉄損、効率等を求めた結果を図１９の表に示す。なお、図１９に示す各値は、同じ入力電力、同じ回転数、同じトルクの状態で求めたものである。
また、図１８は、図１９に示されているスロット断面積Ｓに対する銅損、鉄損、効率の関係をグラフで示したものである。
図１８、図１９から、スロット断面積Ｓが小さい（係数が０．２より小さい）と、スロット３４ａ〜３４ｎに配設する固定子巻線の線径が細くなりすぎて、銅損が大きくなっていることが分かる。また、スロット断面積Ｓが大きい（係数が０．４より大きい）と、固定子コア３１の磁気飽和による効率低下をカバーするために電流が増加し、銅損が大きくなっていることがわかる。
以上のことから、スロット総断面積［Ｓ×ｚ］を、［［（Ｒａ／２）２π−{（Ｒｂ／２）２π＋Ｇ}］×０．２≦Ｓ×ｚ≦［（Ｒａ／２）２π−{（Ｒｂ／２）２π＋Ｇ}］×０．４］が満足されるように構成することによって、銅損や鉄損を軽減することができ、効率を向上させることができる。
本実施の形態は、固定子コアに形成する孔を通路として用いる場合にも適用することができる。
また、図１８は、図１９に示されているスロット断面積Ｓに対する銅損、鉄損、効率の関係をグラフで示したものである。
図１８、図１９から、スロット断面積Ｓが小さい（係数が０．２より小さい）と、スロット３４ａ〜３４ｎに配設する固定子巻線の線径が細くなりすぎて、銅損が大きくなっていることが分かる。また、スロット断面積Ｓが大きい（係数が０．４より大きい）と、固定子コア３１の磁気飽和による効率低下をカバーするために電流が増加し、銅損が大きくなっていることがわかる。
以上のことから、スロット総断面積［Ｓ×ｚ］を、［［（Ｒａ／２）２π−{（Ｒｂ／２）２π＋Ｇ}］×０．２≦Ｓ×ｚ≦［（Ｒａ／２）２π−{（Ｒｂ／２）２π＋Ｇ}］×０．４］が満足されるように構成することによって、銅損や鉄損を軽減することができ、効率を向上させることができる。
本実施の形態は、固定子コアに形成する孔を通路として用いる場合にも適用することができる。
以上の実施の形態では、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に、半径方向の長さ（深さ）が等しい凹部を空隙部として設けたが、空隙部は、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に設けられた孔でもよい。
また、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に設ける凹部や孔の形状や数等は種々変更可能である。
また、回転子コアに設ける磁石収容孔の形状や、磁石収容孔に収容する永久磁石の形状も種々変更可能である。
図２０〜図２３に、回転子の他の実施の形態を示す。
なお、図２０〜図２３の（ａ）は磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に凹部を設けた回転子を示し、図２０〜図２３の（ｂ）は磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に孔を設けた回転子を示している。
また、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に設ける凹部や孔の形状や数等は種々変更可能である。
また、回転子コアに設ける磁石収容孔の形状や、磁石収容孔に収容する永久磁石の形状も種々変更可能である。
図２０〜図２３に、回転子の他の実施の形態を示す。
なお、図２０〜図２３の（ａ）は磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に凹部を設けた回転子を示し、図２０〜図２３の（ｂ）は磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に孔を設けた回転子を示している。
図２０〜図２３の実施の形態の構成を以下に説明する。
図２０（ａ）に示す回転子は、回転子コア４０の各磁極に、中央部４３ａ、外周部４２ａ及び４４ａを有し、軸線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４１ａが形成されている。また、磁石収容孔４１ａの端部壁と回転子コア４０の外周部との間に凹部４５ａ及び４６ａが形成されている。凹部４５ａ及び４６ａの側壁は、磁石収容孔４１ａの外周部４２ａ及び４４ａの外壁（あるいは内壁）と平行に形成されている。そして、磁石収容孔４１ａの中央部４３ａ、外周部４２ａ及び４４ａには、軸線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４７ａ、４８ａ、４９ａが収容されている。
図２０（ｂ）に示す回転子は、回転子コア５０の各磁極に、図２０（ａ）に示す回転子コア４０と同様の磁石収容孔５１ａ、永久磁石５７ａ〜５９ａを有し、磁石収容孔５１ａの外周部５２ａ及び５４ａの回転子コア５０の外周部側の端部壁と回転子コア５０の外周部との間に孔５５ａ及び５６ａが形成されている。
図２０（ａ）に示す回転子は、回転子コア４０の各磁極に、中央部４３ａ、外周部４２ａ及び４４ａを有し、軸線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４１ａが形成されている。また、磁石収容孔４１ａの端部壁と回転子コア４０の外周部との間に凹部４５ａ及び４６ａが形成されている。凹部４５ａ及び４６ａの側壁は、磁石収容孔４１ａの外周部４２ａ及び４４ａの外壁（あるいは内壁）と平行に形成されている。そして、磁石収容孔４１ａの中央部４３ａ、外周部４２ａ及び４４ａには、軸線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４７ａ、４８ａ、４９ａが収容されている。
図２０（ｂ）に示す回転子は、回転子コア５０の各磁極に、図２０（ａ）に示す回転子コア４０と同様の磁石収容孔５１ａ、永久磁石５７ａ〜５９ａを有し、磁石収容孔５１ａの外周部５２ａ及び５４ａの回転子コア５０の外周部側の端部壁と回転子コア５０の外周部との間に孔５５ａ及び５６ａが形成されている。
図２１（ａ）に示す回転子は、回転子コア６０の各磁極に、軸線方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いたハ字形状を有するように、中央部６２ａの両側に第１及び第２磁石収容孔６１ａ及び６３ａが形成されている。また、第１及び第２磁石収容孔６１ａ及び６３ａの回転子コア６０の外周部側の端部壁と回転子コア６０の外周部との間に凹部６４ａ及び６５ａが形成されている。第１及び第２磁石収容孔６１ａ及び６３ａの中央部６２ａ側の端部壁は、略平行に形成されている。そして、第１及び第２磁石収容孔６１ａ及び６３ａには、軸線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６６ａ及び６７ａが収容されている。
図２１（ｂ）に示す回転子は、回転子コア７０の各磁極に、図２１（ａ）に示す回転子コア６０と同様の第１及び第２磁石収容孔７１ａ及び７３ａ、永久磁石７６ａ及び７７ａを有し、第１及び第２磁石収容孔７１ａ及び７３ａの回転子コア７０の外周部側の端部壁と回転子コア７０の外周部との間に孔７４ａ及び７５ａが形成されている。
図２１（ｂ）に示す回転子は、回転子コア７０の各磁極に、図２１（ａ）に示す回転子コア６０と同様の第１及び第２磁石収容孔７１ａ及び７３ａ、永久磁石７６ａ及び７７ａを有し、第１及び第２磁石収容孔７１ａ及び７３ａの回転子コア７０の外周部側の端部壁と回転子コア７０の外周部との間に孔７４ａ及び７５ａが形成されている。
図２２（ａ）に示す回転子は、回転子コア８０の各磁極に、第１及び第２収容部８２ａ及び８３ａを有し、軸線方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いたハ字形状を有する磁石収容孔８１ａが形成されている。また、磁石収容孔８１ａの端部壁と回転子コア８０の外周部との間に凹部８４ａ及び８５ａが形成されている。磁石収容孔８１ａの第１及び第２収容部８２ａ及び８３ａには、軸線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８６ａ及び８７ａが収容されている。
図２２（ｂ）に示す回転子は、回転子コア９０の各磁極に、図２２（ａ）に示す回転子コア７０と同様の磁石収容孔９１ａ、永久磁石９６ａ及び９７ａを有し、磁石収容孔９１ａの端部壁と回転子コア９０の外周部との間に孔９４ａ及び９５ａが形成されている。
図２２（ｂ）に示す回転子は、回転子コア９０の各磁極に、図２２（ａ）に示す回転子コア７０と同様の磁石収容孔９１ａ、永久磁石９６ａ及び９７ａを有し、磁石収容孔９１ａの端部壁と回転子コア９０の外周部との間に孔９４ａ及び９５ａが形成されている。
図２３（ａ）に示す回転子は、回転子コア１００の各磁極に、軸線方向に直角な断面形状が、凸部側が中心側を向いた円弧状を有する磁石収容孔１０１ａが形成されている。また、磁石収容孔１０１ａの端部壁と回転子コア１００の外周部との間に凹部１０２ａ及び１０３ａが形成されている。磁石収容孔１０１ａには、軸線方向に直角な断面形状が円弧状を有する永久磁石１０４ａが収容されている。
図２３（ｂ）に示す回転子は、回転子コア１１０の各磁極に、図２３（ａ）に示す回転子コア１００と同様の磁石収容孔１１１ａ、永久磁石１１４ａを有し、磁石収容孔１１１ａの端部壁と回転子コア１１０の外周部との間に孔１１２ａ及び１１３ａが形成されている。
図２３（ｂ）に示す回転子は、回転子コア１１０の各磁極に、図２３（ａ）に示す回転子コア１００と同様の磁石収容孔１１１ａ、永久磁石１１４ａを有し、磁石収容孔１１１ａの端部壁と回転子コア１１０の外周部との間に孔１１２ａ及び１１３ａが形成されている。
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、種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、回転子の各磁極を単層で構成したが、各磁極を多層で構成してもよい。
また、磁石収容孔の形状や永久磁石の形状は種々変更可能である。さらに、永久磁石の材料も種々変更可能である。
また、固定子や回転子の大きさも種々変更可能である。
また、圧縮機に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、冷蔵庫や電動機により駆動される車載装置等の種々の装置の電動機として用いることができる。
例えば、回転子の各磁極を単層で構成したが、各磁極を多層で構成してもよい。
また、磁石収容孔の形状や永久磁石の形状は種々変更可能である。さらに、永久磁石の材料も種々変更可能である。
また、固定子や回転子の大きさも種々変更可能である。
また、圧縮機に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、冷蔵庫や電動機により駆動される車載装置等の種々の装置の電動機として用いることができる。
１０、２１０ 回転子
１１、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、２１１ 回転子コア
１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄ、４５ａ、４６ａ、６４ａ、６５ａ、８４ａ、８５ａ、１０２ａ、１０３ａ 凹部（空隙部）
１５ａ〜１５ｄ 有効磁極部
２１ａ〜２１ｄ、４１ａ、５１ａ、６１ａ、６３ａ、７１ａ、７３ａ、８１ａ、９１ａ、１０１ａ、１１１ａ、２２１ａ〜２２１ｄ 磁石収容孔
２０ａ〜２０ｄ、４７ａ〜４９ａ、５７ａ〜５９ａ、６６ａ、６７ａ、７６ａ、７７ａ、８６ａ、８７ａ、９６ａ、９７ａ、１０４ａ、１１４ａ、２２０ａ〜２２０ｄ 永久磁石
３０、２３０ 固定子
３１、２３１ 固定子コア
３２ａ〜３２ｎ、２３２ａ〜２３２ｎ ティース部
３３ａ〜３３ｎ、２３３ａ〜２３３ｎ ティース先端部
３４ａ〜３４ｎ、２３４ａ〜２３４ｎ スロット
３５ａ〜３５ｎ 切欠部
５５ａ、５６ａ、７４ａ、７５ａ、９４ａ、９５ａ、１１２ａ、１１３ａ 孔
１１、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、２１１ 回転子コア
１４ａ〜１４ｄ、１６ａ〜１６ｄ、４５ａ、４６ａ、６４ａ、６５ａ、８４ａ、８５ａ、１０２ａ、１０３ａ 凹部（空隙部）
１５ａ〜１５ｄ 有効磁極部
２１ａ〜２１ｄ、４１ａ、５１ａ、６１ａ、６３ａ、７１ａ、７３ａ、８１ａ、９１ａ、１０１ａ、１１１ａ、２２１ａ〜２２１ｄ 磁石収容孔
２０ａ〜２０ｄ、４７ａ〜４９ａ、５７ａ〜５９ａ、６６ａ、６７ａ、７６ａ、７７ａ、８６ａ、８７ａ、９６ａ、９７ａ、１０４ａ、１１４ａ、２２０ａ〜２２０ｄ 永久磁石
３０、２３０ 固定子
３１、２３１ 固定子コア
３２ａ〜３２ｎ、２３２ａ〜２３２ｎ ティース部
３３ａ〜３３ｎ、２３３ａ〜２３３ｎ ティース先端部
３４ａ〜３４ｎ、２３４ａ〜２３４ｎ スロット
３５ａ〜３５ｎ 切欠部
５５ａ、５６ａ、７４ａ、７５ａ、９４ａ、９５ａ、１１２ａ、１１３ａ 孔
Claims (5)
- 固定子巻線が収容されるスロットを形成し、回転子と対向する部分に中央部と端部からなるティース先端部を有するティース部が設けられている固定子と、ティース先端部と間隙を介して配置され、永久磁石を収容する磁石収容孔が各磁極に設けられている回転子とを備える永久磁石電動機であって、
磁石収容孔の端部壁と回転子の外周部との間に空隙部が設けられており、
隣接する磁極に設けられている空隙部の距離をＢ、隣接するティース部の側面間の最短距離をＡ、ティース部の幅をＣ、空隙部の周方向の長さをＤとした時、
Ｂ≧Ａ、Ｄ≧Ｃ
を満足するように構成されているとともに、
回転子の外周部とティース先端部との間の間隙をｇ、空隙部の周方向の各位置における半径方向の長さの最短長をＬとした時、
ｇ×０．２≦Ｌ≦ｇ×０．５
を満足するように構成されており、
また、固定子には、軸方向に貫通する通路が設けられており、
固定子の外径をＲａ、固定子の内径をＲｂ、スロット断面積をＳ、スロット数をｚ、通路の総断面積をＧとした時、
［（Ｒａ／２） ２ π−｛（Ｒｂ／２） ２ π＋Ｇ｝］×０．２≦（Ｓ×ｚ）
≦［（Ｒａ／２） ２ π−｛（Ｒｂ／２） ２ π＋Ｇ｝］×０．４
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１に記載の永久磁石電動機であって、固定子の外径が９０ｍｍである、永久磁石電動機。
- 圧縮機で圧縮した熱交換媒体を用いて室内の温度を調整する空調装置であって、圧縮機の駆動電動機として請求項１または２に記載の永久磁石電動機を用いた空調装置。
- 圧縮機で圧縮した熱交換媒体を用いて庫内の温度を調整する冷蔵庫であって、圧縮機の駆動電動機として請求項１または２に記載の永久磁石電動機を用いた冷蔵庫。
- 電動機により駆動される車載装置であって、電動機として請求項１または２に記載の永久磁石電動機を用いた車載装置。
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