JP5171767B2 - 同期電動機の回転子及び同期電動機 - Google Patents

Description

この発明は、回転子に永久磁石を有する同期電動機の回転子、及びその同期電動機の回転子を用いる同期電動機に関する。

一般的な同期電動機（以下、単にモータ、電動機と呼ぶ場合もある）の多くは、固定子のスロット数（ティースの数と同じ）と回転子の極数との比が３：２である。これに対し、固定子に巻線を集中的に巻回するティースの数が１２（巻線を収納するスロット数が１２）で、回転子の永久磁石の磁極数（回転子の極数）が１０の同期電動機（１２スロット１０極の同期電動機と定義する）は、一般的な固定子のスロット数と回転子の極数との比が３：２である同期電動機と比較すると、巻線係数が大きくとれることから、同体格のモータであっても同一電流に対して出力を大きく取ることができる。

言い換えれば、同一トルクを出力するために必要な電流が小さくなるため、より効率の良いモータを得ることができる。

この固定子のスロット数と回転子の極数との組合せについては、より効率の良い同期電動機が得られる組合せが提案されている。

例えば、構成が簡単でコギングトルクが小さく、比較的大出力の永久磁石界磁形ブラシレスモータ（同期電動機）を提供するために、永久磁石界磁の永久磁石磁極数Ｐと固定子の突極磁極数Ｍの関係を、（２／３）Ｍ＜Ｐ＜（４／３）Ｍ 、かつ、Ｍ＝６ｎ、かつ、Ｐ＜６ｎ−２またはＰ＞６ｎ＋２ （但しｎは２以上の整数）に設定することにより、コギングトルクと巻線係数の両面で改善する、すなわち、巻線係数を向上（出力を向上）させつつ、コギングトルクの大きさを低減するものであり、かつ、モータの中心に対して機械的に１８０度近くなる位置の突極磁極に巻回した電機子巻線を同相に選べるので、空隙の不平衡の影響を少なくして、モータの振動を小さくする永久磁石界磁形ブラシレスモータ（同期電動機）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、回転子に永久磁石を有する同期電動機に特有のコギングトルクは、固定子のスロット数と回転子の磁極数の最小公倍数の脈動数で発生する。前述の１２スロット１０極の同期電動機ではその脈動数が６０と多くなり、コギングトルクのエネルギーが分散され振幅が小さくなり、低騒音な同期電動機の実現が可能である。

電動機より発生する振動・騒音の要因に電動機の出力するトルクに脈動（リップル）があり、永久磁石を用いた同期電動機の場合、誘起電圧に歪みがその要因となる。これに対して、回転子の表面に配置する永久磁石の肉厚を正弦波状に変化させることにより、回転子表面の磁束密度分布波形を正弦波状にすることによって誘起電圧の歪みを抑える永久磁石形モータ（同期電動機）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、電動機より発生する振動・騒音の要因には永久磁石を有する同期電動機特有のコギングトルクがあり、これに対しては、回転子表面の磁束密度分布を台形波状として、分布波形を特定の形状とすることでコギングトルクの低減を図る方法が提案されている（例えば、特許文献３乃至５参照）。

また、回転子に永久磁石を有する同期電動機に特有のコギングトルクは、固定子のスロット数と回転子の磁極数の最小公倍数の脈動数で発生する。前述の１２スロット１０極の同期電動機ではその脈動数が６０と多いため、コギングトルクのエネルギーが分散され振幅が小さくなり、低騒音な同期電動機の実現が可能である。

特開平０９−２７２３９６号公報 特開平１０−２３４２４８号公報 特開２００３−００７５３４公報 特開２００４−０５６８３５公報 特開２００９−０１７６６９公報

しかしながら、上記特許文献１の記載において電動機の固定子のスロット数と回転子の磁極数の組合せに関して、巻線係数が大きくなる組合せと、コギングトルクが小さくなる組合せに関しては述べられているが、トルクリップルの要因の一つとなる誘起電圧の歪みとスロット数，極数の組合せに関する記述は無い。

また、上記特許文献２に記載されているように、回転子表面の磁束密度の分布を正弦波状にするために、例えば、回転子表面に配置するマグネットの形状を、磁極の中心部分の肉厚を厚くして、磁極間に向かって徐々に厚みを薄くしてゆく形状を取ることがある。この場合、回転子と固定子とを組み合わせた時の回転子と固定子との間の空隙における磁束密度の最大値、言い換えると、正弦波状に分布させた磁束密度の振幅は、マグネットの厚みによって決まる。このため、磁束密度を大きくとるためには、マグネットの厚みを大きくする必要があり、マグネットの使用量が増加するという課題がある。

また、より正弦波状にするためには磁極間のマグネットの肉厚を薄くしなければならなくなり、リングマグネットの強度がその部分で大きく低下する。一般にこのようなマグネットは、磁性体のバックヨーク（継鉄）を内部に配置することが多く、使用環境の温度変化によって、バックヨークとマグネットとの膨張率が大きく異なる場合には、マグネットに応力がかかり、前述の薄肉部より割れが生じることがある。

また、上記特許文献３乃至５に記載された同期電動機は、一般的に多く用いられる固定子のスロット数と回転子磁極数の比が、３：２もしくは３：４を前提とされているものであり、コギングトルクを低減する効果については記述されているものの、同期電動機の振動・騒音の要因となる誘起電圧の歪みに関する記述はなされておらず、実際に３：２もしくは３：４の組合せを有する同期電動機において、回転子表面の磁束密度の分布を台形波状にすると、誘起電圧の歪みは大きくなり、振動・騒音の要因となる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、振動・騒音を増加させることなく、出力及び効率を向上させることができる同期電動機の回転子及びその同期電動機の回転子を用い、モータ効率を向上することができる同期電動機を提供する。

この発明に係る電動機は、３相１２ｎスロット１０ｎ極（ｎは自然数）の同期電動機において、
回転子表面の磁束密度分布波形に含まれる周波数成分が、１磁極対分の波形を基本波形として、少なくとも３次の高調波成分を所定量含有することで、磁束密度分布波形に含まれる基本波成分の振幅を、当該磁束密度分布波形の振幅よりも所定の割合以上大きくするものである。

この発明に係る同期電動機は、回転子表面の磁束密度分布波形に含まれる周波数成分が、１磁極対分の波形を基本波形として、少なくとも３次の高調波成分を所定量含有することで、磁束密度分布波形に含まれる基本波成分の振幅を、当該磁束密度分布波形の振幅よりも所定の割合以上大きくするものであり、回転子の表面磁束密度分布波形を次数の低い高調波成分を多く含有している波形とすることで、磁束密度の最大値が同じであっても、トルクを発生させるのに必要な１次の周波数成分（基本波成分）を多く含ませることができ、同期電動機の高トルク化、高効率化が可能となる。また、３次高調波成分は３相の固定子巻線の中で互いに打ち消しあって、誘起電圧には現れず、また、それ以上の高調波成分は、１２スロット１０極の組合せを持つ同期電動機においては、誘起電圧に重畳されにくいという特徴をもつため、余計なトルクの脈動が発生せず、振動・騒音を増加させない。

実施の形態１を示す図で、１２スロット１０極の同期電動機１００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、同期電動機１００の固定子巻線の結線図。 実施の形態１を示す図で、同期電動機１００の固定子巻線の結線方法を示す展開図。 実施の形態１を示す図で、同期電動機１００の回転子２００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、回転子２００の永久磁石２１０の着磁状態を示す図。 実施の形態１を示す図で、図５の回転子２００の表面磁束密度分布波形の一例を示す図。 実施の形態１を示す図で、図５の回転子２００を用いた１２スロット１０極の同期電動機１００の誘起電圧波形と、１２スロット８極の同期電動機５００の誘起電圧波形とを比較した図。 実施の形態１を示す図で、回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と誘起電圧歪み率との関係について、１２スロット８極の同期電動機５００と、１２スロット１０極の同期電動機１００とを比較した結果を示す図。 実施の形態１を示す図で、回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と回転子表面磁束波形と誘起電圧に含まれる１次成分との関係を示すもので、１２スロット８極と１２スロット１０極とを比較した図。 実施の形態１を示す図で、回転子表面磁束密度分布波形の磁極中心の平坦部角度と回転子表面磁束密度の高調波成分との関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、回転子表面磁束波形に含まれる５次高調波成分と誘起電圧に含まれる５次高調波成分との関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、回転子表面磁束波形に含まれる７次高調波成分と誘起電圧に含まれる７次高調波成分との関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度とコギングトルクの振幅との関係について、１２スロット８極の同期電動機５００と、１２スロット１０極の同期電動機１００とを比較した結果を示す図。 実施の形態１を示す図で、高調波成分を含有する高調波成分重畳波形と、高調波成分重畳波形内１次成分との関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、高調波（３次成分）含有率と、３次の高調波成分を含んだ波形の波高値と３次の高調波成分を含んだ波形の１次成分との比率との関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、３次及び５次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次成分及び５次成分の含有率との関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、３次、５次および７次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次、５次および７次成分（１％）の含有率との関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、３次、５次および７次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次、５次および７次成分（３％）の含有率との関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、３次、５次および７次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次、５次および７次成分（５％）の含有率との関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、３次、５次および７次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次、５次および７次成分（６％）の含有率との関係を示す図。 比較のために示す図で、１２スロット８極の同期電動機５００の横断面図。 比較のために示す図で、１２スロット８極の同期電動機５００の固定子巻線の結線図。 比較のために示す図で、１２スロット８極の同期電動機５００の固定子巻線の結線方法を示す展開図。 比較のために示す図で、１２スロット８極の同期電動機５００の回転子６００の横断面図。 実施の形態２を示す図で、回転子３００の横断面図。 図２５の極中心均一肉厚部付近の拡大図。 実施の形態２を示す図で、回転子３００の表面磁束密度分布波形を示す図。 実施の形態２を示す図で、回転子３００の表面磁束密度分布波形の高調波成分分析結果を示す図。

実施の形態１．
図１乃至図２１は実施の形態１を示す図で、図１は１２スロット１０極の同期電動機１００の横断面図、図２は同期電動機１００の固定子巻線の結線図、図３は同期電動機１００の固定子巻線の結線方法を示す展開図、図４は同期電動機１００の回転子２００の横断面図、図５は回転子２００の永久磁石２１０の着磁状態を示す図、図６は図５の回転子２００の表面磁束密度分布波形の一例を示す図、図７は図５の回転子２００を用いた１２スロット１０極の同期電動機１００の誘起電圧波形と、１２スロット８極の同期電動機５００の誘起電圧波形とを比較した図、図８は回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と誘起電圧歪み率との関係について、１２スロット８極の同期電動機５００と、１２スロット１０極の同期電動機１００とを比較した結果を示す図、図９は回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と回転子表面磁束波形と誘起電圧に含まれる１次成分との関係を示すもので、１２スロット８極と１２スロット１０極とを比較した図、図１０は回転子表面磁束密度分布波形の磁極中心の平坦部角度と回転子表面磁束密度の高調波成分との関係を示す図、図１１は回転子表面磁束波形に含まれる５次高調波成分と誘起電圧に含まれる５次高調波成分との関係を示す図、図１２は回転子表面磁束波形に含まれる７次高調波成分と誘起電圧に含まれる７次高調波成分との関係を示す図、図１３は回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度とコギングトルクの振幅との関係について、１２スロット８極の同期電動機５００と、１２スロット１０極の同期電動機１００とを比較した結果を示す図、図１４は高調波成分を含有する高調波成分重畳波形と、高調波成分重畳波形内１次成分との関係を示す図、図１５は高調波（３次成分）含有率と、３次の高調波成分を含んだ波形の波高値と３次の高調波成分を含んだ波形の１次成分との比率との関係を示す図、図１６は３次及び５次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次成分及び５次成分の含有率との関係を示す図、図１７は３次、５次および７次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次、５次および７次成分（１％）の含有率との関係を示す図、図１８は３次、５次および７次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次、５次および７次成分（３％）の含有率との関係を示す図、図１９は３次、５次および７次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次、５次および７次成分（５％）の含有率との関係を示す図、図２０は３次、５次および７次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次、５次および７次成分（６％）の含有率との関係を示す図である。

図２１乃至図２４は比較のために示す図で、図２１は１２スロット８極の同期電動機５００の横断面図、図２２は１２スロット８極の同期電動機５００の固定子巻線の結線図、図２３は１２スロット８極の同期電動機５００の固定子巻線の結線方法を示す展開図、図２４は１２スロット８極の同期電動機５００の回転子６００の横断面図である。

図１に示す同期電動機１００は、集中巻きの１２スロット１０極の電動機である。

図２１に比較のために示す同期電動機５００は、同じく集中巻きの１２スロット８極の電動機である。

同期電動機１００等を、単に電動機と呼ぶ場合もある。

両者（同期電動機１００、同期電動機５００）は、回転子の磁極の数が異なる。同期電動機１００の回転子２００は、永久磁石２１０を１０個有し、磁極の数は１０極である（図４参照）。それに対し、同期電動機５００の回転子６００は、永久磁石６１０を８個有し、磁極の数は８極である（図２４参照）。

回転子２００等を、単に回転子と呼ぶ場合もある。

両者（同期電動機１００、同期電動機５００）は、回転子の磁極の数の他に、固定子の電機子巻線の配置が異なっている。

１２スロット８極の同期電動機５００は、一般的な３相の電機子巻線を固定子のティースに集中的に巻回するもので、巻線の数（ティースの数と同じで、１２個）と回転子の磁極の数（８極）の比が、３：２となる電動機である。

この固定子の巻線の配置は、各相の巻線をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順番に並べて配置し、それぞれに１２０°位相のずれた交流の電流を流すことにより、同期電動機５００を駆動する。

図２１〜図２３を参照しながら、詳しく説明する。固定子は、１２スロットであるから、スロット（巻線が収納される空間をスロットと呼ぶ）の間に形成されるティースも１２個である。

ここで、仮に、Ｕ１＋コイル（電源に接続されるＵ相端子が接続されるコイル）が、巻回されるティースを＃１とし、反時計方向に順番に、＃１，＃２・・・・・＃１２とする（図２１参照）。

各相の巻線は直列に接続され、中性点Ｎによって３相の星形の結線を構成している。即ち、Ｕ相のＵ１＋コイル、Ｕ２＋コイル、Ｕ３＋コイル、Ｕ４＋コイルは、直列に接続される。Ｕ１＋コイルは、電源に接続されるＵ相端子に接続される。Ｕ４＋コイルは、中性点Ｎに接続される。

また、Ｖ相のＶ１＋コイル、Ｖ２＋コイル、Ｖ３＋コイル、Ｖ４＋コイルは、直列に接続される。Ｖ１＋コイルは、電源に接続されるＶ相端子に接続される。Ｖ４＋コイルは、中性点Ｎに接続される。

さらに、Ｗ相のＷ１＋コイル、Ｗ２＋コイル、Ｗ３＋コイル、Ｗ４＋コイルは、直列に接続される。Ｗ１＋コイルは、電源に接続されるＶＷ相端子に接続される。Ｗ４＋コイルは、中性点Ｎに接続される。

Ｕ１＋の「＋」は、コイルの巻方向を表す。例えば、図２３の展開図で、＃１ティースに巻回されるＵ１＋コイルは、ティースの先端（図２３参照）側から見て、時計方向に巻かれる。もし＃１ティースに巻回されるＵ１コイルが、反時計方向に巻かれるのであれば、Ｕ１−コイルと呼ぶことにする。

図２３の固定子巻線の結線方法を示す展開図により、１２スロット８極の同期電動機５００の固定子巻線の配置と結線方法を説明する。

図２３で右端の＃１ティースには、Ｕ相の電源端子（Ｕ端子）が接続されるＵ１＋コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｕ相のＵ２＋コイルは、＃１ティースから二つのティース（＃２ティース、＃３ティース）を飛ばした＃４ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｕ１＋コイルとＵ２＋コイルとの間のマグネットワイヤをＵ相の渡り線と呼ぶ。

Ｕ相のＵ３＋コイルは、＃４ティースから二つのティース（＃５ティース、＃６ティース）を飛ばした＃７ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｕ２＋コイルとＵ３＋コイルとの間のマグネッワイヤもＵ相の渡り線と呼ぶ。

Ｕ相のＵ４＋コイルは、＃７ティースから二つのティース（＃８ティース、＃９ティース）を飛ばした＃１０ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｕ３＋コイルとＵ４＋コイルとの間のマグネッワイヤもＵ相の渡り線と呼ぶ。

Ｕ相のＵ４＋コイルの巻終わりは、中性点Ｎに接続される。

図２３で右端から２番目の＃２ティースには、Ｖ相の電源端子（Ｖ相端子）が接続されるＶ１＋コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｖ相のＶ２＋コイルは、＃２ティースから二つのティース（＃３ティース、＃４ティース）を飛ばした＃５ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｖ１＋コイルとＶ２＋コイルとの間のマグネットワイヤをＶ相の渡り線と呼ぶ。

Ｖ相のＶ３＋コイルは、＃５ティースから二つのティース（＃６ティース、＃７ティース）を飛ばした＃８ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｖ２＋コイルとＶ３＋コイルとの間のマグネッワイヤもＶ相の渡り線と呼ぶ。

Ｖ相のＶ４＋コイルは、＃８ティースから二つのティース（＃９ティース、＃１０ティース）を飛ばした＃１１ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｖ３＋コイルとＶ４＋コイルとの間のマグネッワイヤもＶ相の渡り線と呼ぶ。

Ｖ相のＶ４＋コイルの巻終わりは、中性点Ｎに接続される。

図２３で右端から３番目の＃３ティースには、Ｗ相の電源端子（Ｗ相端子）が接続されるＷ１＋コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｗ相のＷ２＋コイルは、＃３ティースから二つのティース（＃４ティース、＃５ティース）を飛ばした＃６ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｗ１＋コイルとＷ２＋コイルとの間のマグネットワイヤをＷ相の渡り線と呼ぶ。

Ｗ相のＷ３＋コイルは、＃６ティースから二つのティース（＃７ティース、＃８ティース）を飛ばした＃９ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｗ２＋コイルとＷ３＋コイルとの間のマグネッワイヤもＷ相の渡り線と呼ぶ。

Ｗ相のＷ４＋コイルは、＃９ティースから二つのティース（＃１０ティース、＃１１ティース）を飛ばした＃１２ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｗ３＋コイルとＷ４＋コイルとの間のマグネッワイヤもＷ相の渡り線と呼ぶ。

Ｗ相のＷ４＋コイルの巻終わりは、中性点Ｎに接続される。

１２スロット８極の同期電動機５００の固定子巻線は、例えば、以上のような配置と結線方法で形成される。

これに対して、１２スロット１０極の同期電動機１００では、各ティースに巻線を集中的に巻回する点は同じであるが、各相の巻線の配置が異なり、各相四つあるコイル（巻線）を二個一組で並べて配置する（例えば、図１のＵ１＋コイルとＵ２−コイル）。

また、一組の隣り合うコイル（例えば、図１のＵ１＋コイルとＵ２−コイル）は、巻かれる向きが逆になっており、電流が通電されたときにはお互い異なる極を構成する（例えば、図１のＵ１＋コイルとＵ２−コイル）。

図２に示すように、各相のコイルは直列に接続され、中性点Ｎによって３相の星形の結線を構成している。即ち、Ｕ相のＵ１＋コイル、Ｕ２−コイル、Ｕ３−コイル、Ｕ４＋コイルは、直列に接続される。Ｕ１＋コイルは、電源に接続されるＵ相端子に接続される。Ｕ４＋コイルは、中性点Ｎに接続される。

また、Ｖ相のＶ１−コイル、Ｖ２＋コイル、Ｖ３＋コイル、Ｖ４−コイルは、直列に接続される。Ｖ１−コイルは、電源に接続されるＶ相端子に接続される。Ｖ４−コイルは、中性点Ｎに接続される。

さらに、Ｗ相のＷ１＋コイル、Ｗ２−コイル、Ｗ３−コイル、Ｗ４＋コイルは、直列に接続される。Ｗ１＋コイルは、電源に接続されるＶＷ相端子に接続される。Ｗ４＋コイルは、中性点Ｎに接続される。

既に述べたように、Ｕ１＋の「＋」、Ｕ２−の「−」は、コイルの巻方向を表している。例えば、「＋」が時計方向であれば、「−」は反時計方向であることを意味する。

ここでも、仮に、Ｕ１＋コイル（電源に接続されるＵ相端子が接続されるコイル）が、巻回されるティースを＃１とし、反時計方向に順番に、＃１，＃２・・・・・＃１２とする（図１参照）。

図３の１２スロット１０極の同期電動機１００の固定子巻線の結線方法を示す展開図により、同期電動機１００の固定子巻線の配置及び結線方法を詳細に説明する。

図３で右端の＃１ティースには、Ｕ相の電源端子（Ｕ相端子）が接続されるＵ１＋コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｕ相のＵ２−コイルは、＃１ティースの隣の＃２ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。

Ｕ１＋コイルとＵ２−コイルとの間のマグネットワイヤをＵ相の渡り線と呼ぶ。

Ｕ相のＵ３−コイルは、＃２ティースから四つのティース（＃３ティース、＃４ティース、＃５ティース、＃６ティース）を飛ばした＃７ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。

Ｕ２−コイルとＵ３−コイルとの間のマグネッワイヤもＵ相の渡り線と呼ぶ。

Ｕ相のＵ４＋コイルは、＃７ティースの隣の＃８ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｕ３−コイルとＵ４＋コイルとの間のマグネッワイヤもＵ相の渡り線と呼ぶ。

Ｕ相のＵ４＋コイルの巻終わりは、中性点Ｎに接続される。

図３で右端から３番目の＃３ティースには、Ｖ相の電源端子（Ｖ相端子）が接続されるＶ１−コイルが、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。

Ｖ相のＶ２＋コイルは、＃３ティースの隣の＃４ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｖ１−コイルとＶ２＋コイルとの間のマグネットワイヤをＶ相の渡り線と呼ぶ。

Ｖ相のＶ３＋コイルは、＃４ティースから四つのティース（＃５ティース、＃６ティース、＃７ティース、＃８ティース）を飛ばした＃９ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｖ２＋コイルとＶ３＋コイルとの間のマグネッワイヤもＶ相の渡り線と呼ぶ。

Ｖ相のＶ４−コイルは、＃９ティースの隣の＃１０ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。

Ｖ３＋コイルとＶ４−コイルとの間のマグネッワイヤもＶ相の渡り線と呼ぶ。

Ｖ相のＶ４−コイルの巻終わりは、中性点Ｎに接続される。

図３で右端から５番目の＃５ティースには、Ｗ相の電源端子（Ｗ相端子）が接続されるＷ１＋コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｗ相のＷ２−コイルは、＃５ティースの隣の＃６ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。

Ｗ１＋コイルとＷ２−コイルとの間のマグネットワイヤをＷ相の渡り線と呼ぶ。

Ｗ相のＷ３−コイルは、＃６ティースから四つのティース（＃７ティース、＃８ティース、＃９ティース、＃１０ティース）を飛ばした＃１１ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。
かれる。

Ｗ２−コイルとＷ３−コイルとの間のマグネッワイヤもＷ相の渡り線と呼ぶ。

Ｗ相のＷ４＋コイルは、＃１１ティースの隣の＃１２ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。

Ｗ３−コイルとＷ４＋コイルとの間のマグネッワイヤもＷ相の渡り線と呼ぶ。

Ｗ相のＷ４＋コイルの巻終わりは、中性点Ｎに接続される。

１２スロット１０極の同期電動機１００の固定子巻線は、例えば、以上のような配置と結線方法で形成される。

本実施の形態における同期電動機１００の回転子２００の形状は、例えば、図４に示すとおりである。１０極の磁極を構成する永久磁石２１０が回転子表面に配置されたものである。

永久磁石２１０は、バックヨーク２３０の表面に、例えば接着等により固定される。

この例では、永久磁石２１０の形状は、径方向に均一の肉厚となっている。永久磁石２１０の形状は、円筒状であっても、瓦状（円弧状）の複数枚の永久磁石を用いた構成であっても良い。

尚、以下の説明では、一般論の場合は、単に「永久磁石」と呼び、符号はつけない。

尚、１２スロット８極の同期電動機１００の回転子６００の形状は、例えば、図２４に示すとおりである。

図２４に示す１２スロット８極の同期電動機１００の回転子６００は、バックヨーク６３０の外周に永久磁石６１０が設けられる。また、回転子６００の中央部に回転軸６２０を備える。

図４に示す回転子２００は、本実施の形態の特徴を最も表しやすい形状であるため、一つの代表例として取り上げたものであり、本発明の特徴を実現できる形態であれば、これに限定されるものではない。

本実施の形態の効果を示すため、図４の回転子２００の永久磁石２１０の特性として、図５に示すような着磁状態を想定する。

即ち、１磁極を構成する永久磁石２１０の着磁状態を、回転子２００の回転軸２２０（図４参照）に対して、放射状に着磁されたラジアル着磁とし、磁極中心付近を完全着磁状態、隣り合う磁極との境界（極間）に対しては直線状に着磁量を変化させる（減少させる）ものとし、着磁の状態を台形波状に設定している。

このような着磁状態（台形波状）に設定した永久磁石２１０を表面に配置した回転子２００の表面磁束密度分布波形は、図６に示すようになる。

これは、同期電動機１００に組み込まれた状態を模擬したもので、同期電動機１００の固定子の内径と同等の円筒状の空間内部に空隙を介して回転子２００を設置した際の空隙における磁束密度分布の電磁界解析により求めたものである。

図６に示すように、永久磁石２１０を台形波状に着磁状態を設定しているため、表面磁束密度は磁極中心付近が平坦になっている。

永久磁石２１０の着磁状態は台形波状であるが、外側の磁性体（固定子鉄心）との間の空隙における磁束密度分布波形は、若干なめらかになり、台形の角が取れたような波形となる。

図６に示す磁束密度分布波形は、磁束密度の最大値（波高値）の９５％までの値をとる部分の幅を、「平坦部」と定義すると、平坦部が約１２０°となる例である。

図７は、図５の着磁状態の永久磁石を持つ回転子を同期電動機に組み込んだ時の誘起電圧を示すもので、１２スロット１０極の同期電動機１００と、１２スロット８極の同期電動機５００とを比較している。１２スロット１０極の同期電動機１００、１２スロット８極の同期電動機５００のいずれも永久磁石の着磁状態は、台形波状である。また、固定子の鉄心の形状は同一のものを用いて比較したものである。

回転子の表面磁束密度分布が台形波状で、正弦波と比較すると歪みが大きいため、誘起電圧にも歪みが生じやすく、１２スロット８極の同期電動機５００では誘起電圧の波形に歪みが生じて台形波状に近い波形となっている。

これに対して、１２スロット１０極の同期電動機１００の場合は、正弦波に近い波形となっている。このことから、１２スロット１０極の同期電動機１００は、回転子表面の磁束密度分布に歪みを多く含んでいても、誘起電圧に歪みが表れにくいと言う特徴をもっており、トルクリップルの少ない低振動・低騒音な同期電動機１００であることがわかる。

回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と誘起電圧歪み率との関係について、１２スロット８極の同期電動機５００と、１２スロット１０極の同期電動機１００とを比較した結果を図８に示す。平坦部の幅を狭くしていくことで、誘起電圧の歪みが減少する傾向が見られるが、１２スロット８極の同期電動機５００に比べて１２スロット１０極の同期電動機１００は歪み率が低くなっている。

誘起電圧歪み率は、総合高調波歪み率（ＴＨＤ（Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ））のことである。

図９に、回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と回転子表面磁束波形と誘起電圧に含まれる１次成分（基本波成分）との関係について、１２スロット８極と１２スロット１０極とを比較したしたものを示す。平坦部角度（幅）を小さくしていくと、誘起電圧に含まれる１次成分が小さくなっていくことがわかる。これは、回転子の表面磁束密度分布波形の振幅は、平坦部角度によらず永久磁石の厚みによってほぼ決まるなかで、回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる１次成分が、平坦部角度が広いと多く含まれ、狭くなると少なくなることも同時に示している。

同じ平坦部角度（幅）である場合、１２スロット８極の同期電動機５００よりも、１２スロット１０極の同期電動機１００の方が誘起電圧により大きい１次成分を含んでおり、同一電流に対して、１２スロット１０極の方がより大きなトルクを出力することができる。

言い換えれば、同一のトルクを出力するのに必要な電流が少なくなる分、１２スロット１０極の同期電動機１００は銅損が少ない電動機であるといえる。

図１０は回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる高調波成分と波形の平坦部角度（幅）との関係を示しているが、回転子の表面磁束密度分布波形は、台形波状の波形であり、これに含まれる高調波成分は、３次成分が多く、次いで５次，７次，９次成分が多く含まれる。

磁束密度分布波形の平坦部角度（幅）が小さくなるに従って、波形は正弦波に近くになって行くため、含まれる高調波成分は減っていく。

平坦部角度（幅）を広くすれば、そこに含まれる１次成分は大きくなるが、それにあわせて３次，５次，７次，９次などの高調波成分も増加する。３次，９次などの３の奇数倍の高調波成分は、３相の巻線の中で互いに相殺されて誘起電圧に含まれることは無いが、その他の高調波は、誘起電圧に現れて波形の歪みの要因となる。

図１１は、回転子表面磁束密度分布波形に含まれる５次成分と誘起電圧に含まれる５次成分との関係を示したものである。１２スロット８極の同期電動機５００においては、回転子６００の表面磁束密度分布波形に含まれる５次成分の割合とほぼ同じ割合で、５次成分が誘起電圧の波形に含まれているのに対して、１２スロット１０極の同期電動機１００では表面磁束密度分布波形に含まれる５次成分の割合に対して、誘起電圧に生じる５次成分の割合が非常に小さい。

図１２は、回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる７次成分と誘起電圧に含まれる７次成分との関係を示したものである。１２スロット８極の同期電動機５００においては、回転子６００の表面磁束密度分布波形に含まれる７次成分の割合以上に、７次成分が誘起電圧の波形に含まれている。これに対して１２スロット１０極の同期電動機１００では、表面磁束密度分布波形に含まれる７次成分の割合に対して、誘起電圧に生じる７次成分の割合は、図１１に示した５次成分に関する特性と比較すると大きいものの、影響は小さい。

但し、誘起電圧波形に含まれる高調波成分を１％以下に抑えるには、回転子表面磁束密度分布波形に含まれる７次成分は、概ね６％以下におさえる必要がある。

この特性が、１２スロット１０極の同期電動機１００で回転子２００の表面磁束密度の歪みが大きくても誘起電圧波形の歪みが少ないことを示すものであり、巻線係数の観点から、１２スロット８極よりも同一電流で出力できるトルクが大きい１２スロット１０極の同期電動機１００において、回転子２００の表面磁束密度分布の波形を台形波状として、磁極中心部の平坦部の幅を４５°以上とすることで、巻線係数の違いで得られる利点以上に、大きなトルクを出力可能となり、さらに磁極中心の平坦部の幅を１２５°以下とすることで、誘起電圧の歪みを小さく抑えることができる。

同期電動機のトルク脈動の要因としてコギングトルクがあげられる。図１３は回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度とコギングトルクの振幅との関係について、１２スロット８極の同期電動機５００と、１２スロット１０極の同期電動機１００とを比較している。

対象とした同期電動機は、回転子に希土類の永久磁石を用いたもので、定格トルクが０．７〜１．０Ｎ・ｍ程度の同期電動機を想定している。

１２スロット１０極の同期電動機１００は、回転子表面磁束密度分布の磁極中心付近平坦部の広い範囲においてコギングトルクが小さく、ほとんどの領域で定格トルクの１％未満である。

１２スロット１０極のコギングトルクの振幅は、回転子表面磁束密度分布の磁極中心付近の平坦部角度５０〜１２０ｄｅｇにおいて、５ｍＮ・ｍ（ミリニュートン・メートル）以下である。定格トルクが０．７〜１．０Ｎ・ｍ（７００〜１０００ｍＮ・ｍ）とすると、定格トルクの１％未満になる。

コギングトルクの振幅が定格トルクの１％未満であれば、電動機の振動，騒音にはほとんど影響がなく、また、回転子の表面磁束密度分布の波形はほとんど影響していない。

以上の様な特性が１２スロット１０極の同期電動機１００で回転子２００の表面磁束密度の歪みが大きくても誘起電圧波形の歪みが少ないことを示すものであり、巻線係数の観点から、１２スロット８極よりも同一電流で出力できるトルクが大きい１２スロット１０極の同期電動機１００において、回転子２００の表面磁束密度分布の波形に低次の高調波成分を含有させて、波形内に含まれる１次成分を大きくすることで、より大きなトルクを出力することが可能となる。

図１４に高調波成分を含有する高調波成分重畳波形と、高調波成分重畳波形内１次成分との関係を示す。また、正弦波も表記している。

図１４において、高調波成分重畳波形及び正弦波の振幅を１．０としている。

正弦波に高調波、例えば３倍の周波数（３次）の正弦波を重畳すると、波形（図１４の高調波成分重畳波形）の中心付近が低くなり、台形に近い形状となる。

言い換えると、高調波成分を含有した波形に含まれる１次成分（基本波成分）は、同じ波高値の正弦波（図１４の正弦波）に比べると、大きくなる。

永久磁石を用いる同期電動機の場合、回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる１次成分が大きければ、誘起電圧に含まれる１次成分も大きくなり、より大きなトルクを出力が可能な同期電動機を実現できる。

また、同じトルクを少ない電流で出力することができ、より効率のよい同期電動機の実現も可能である。

図１５に、高調波（３次成分）含有率と、３次の高調波成分を含んだ波形の波高値と３次の高調波成分を含んだ波形の１次成分との比率との関係を示す。

９〜２８％（図１５では、０．０９〜０．２８）の振幅の３次高調波を含有することによって、波形の波高値よりも１０％以上大きな１次成分を得ることができる。

また、１４〜１９％（図１５では、０．１４〜０．１９）の振幅の３次高調波を含有することによって、波形の波高値よりも１５％以上大きな１次成分を得ることができる。

３相の同期電動機の場合、回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる３の倍数の高調波成分は、各相の成分同士が打ち消し合うため誘起電圧には表れない。そのため、振動・騒音の原因となるトルクの脈動には現れにくい。

このため、回転子の表面磁束密度分布波形に３次の高調波成分を多く含ませることで、表面磁束密度分布波形の波高値が同じであっても、同期電動機のトルクに影響する１次成分を大きくすることができる。

回転子の表面磁束密度の最大値は、永久磁石の厚みによって決まるため、同じ厚みの永久磁石を用いても、表面磁束密度分布波形を前述のようにすることで、より大きなトルクを出力できる同期電動機を実現できる。

図１６は、３次および５次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次成分，５次成分の含有率との関係を示している。縦に３次高調波の含有率［％］、横に５次高調波の含有率［％］を示し、図中に３次および５次の高調波成分を含んだ波形の波高値に対する１次成分の比率を数値で示している。

図中薄く色のついた部分が１次成分が１０％以上となる組合せを示し、それ以上に色の濃い部分は１５％以上となる組合せを示してしる。

図中の含有率のマイナスの数値は、位相が反転した成分を重畳していることを示している。

この図から、３次高調波成分が８〜３２％、５次高調波成分が０〜２０％の時に、波形に含まれる１次成分が波高値に対して１０％以上大きくなる高調波成分の含有率の組みあわせが存在していることがわかる。

さらに、３次高調波成分が１６〜２８％，５次高調波成分が０〜１４％の範囲において、１次成分が波高値に対して１５％以上大きくなる高調波成分の組合せが存在している。

また、３次高調波と５次高調波の組合せによって、波形に含まれる１次成分が波高値に対して最大で約２０％大きくなる高調波成分の組合せも存在している。これは、３次高調波のみを含有する場合に比べて、より大きな１次成分が得られることを示している。

回転子の表面磁束密度分布波形は、永久磁石の形状や、着磁、配向の向きを制御することで多様な形状とすることは可能であるが、３次高調波のみを含有させる波形を実現することは難しいのに対して、３次以外の高調波を含有させてその含有率にある程度の幅を持たせることでより実現しやすくなり、大きな１次成分が得ることができる。

先にも述べたとおり、１２スロット１０極の同期電動機１００の場合、回転子２００の表面磁束密度分布に含まれる５次の高調波成分は、誘起電圧に現れにくい特徴を持つため、表面磁束密度分布波形に３次および５次の高調波成分を多く含有させることで、振動，騒音の悪化を抑えながら、より出力が大きく、効率のよい同期電動機１００が実現できる。

図１７から図２０は、３次、５次および７次の高調波成分を含んだ波形の波高値とこれに含まれる１次成分との比率と、３次、５次および７次成分の含有率との関係を示している。図１２で示しように、１２スロット１０極の同期電動機において、誘起電圧の７次成分を１％以下に抑えるにために必要な回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる７次成分は６％以下であることから、６％以下の場合について以下に示している。

図１７は７次の高調波成分を１％、図１８は７次の高調波成分を３％、図１９は７次の高調波成分を５％，図２０は７次の高調波成分を６％含有した場合である。

図１７から図２０において、縦に３次高調波含有率［％］、横に５次高調波含有率［％］を示し、図中に波高値に対する１次成分の比率を示している。

図中薄く色のついた部分は、１次成分が１５％以上となる組合せを示し、それ以上に色の濃い部分は、１次成分が２０％以上となる組合せを示している。

図１７（７次の高調波成分を１％含有）では、３次高調波成分が１５〜３０％、５次高調波成分が１〜１６％の時に、波形に含まれる１次成分が波高値に対して１５％以上大きくなる高調波成分の含有率の組みあわせが存在していることがわかる。

さらに、３次高調波成分が２２〜２６％，５次高調波成分が５〜１０％の範囲において、１次成分が波高値に対して２０％を超えて大きくなる高調波成分の組合せが存在している。

図１８（７次の高調波成分を３％含有）では、３次高調波成分が１７〜３２％、５次高調波成分が３〜１８％の時に、波形に含まれる１次成分が波高値に対して１５％以上大きくなる高調波成分の含有率の組みあわせが存在していることがわかる。

さらに、３次高調波成分が２４〜２８％，５次高調波成分が７〜１３％の範囲において、１次成分が波高値に対して２０％を超えて大きくなる高調波成分の組合せが存在している。

図１９（７次の高調波成分を５％含有）では、３次高調波成分が１９〜３４％、５次高調波成分が５〜１９％の時に、波形に含まれる１次成分が波高値に対して１５％以上大きくなる高調波成分の含有率の組みあわせが存在していることがわかる。

さらに、３次高調波成分が２６〜３０％，５次高調波成分が９〜１５％の範囲において、１次成分が波高値に対して２０％より大きくなる高調波成分の組合せが存在している。

図２０（７次の高調波成分を６％含有）では、３次高調波成分が２０〜３５％、５次高調波成分が６〜２０％の時に、波形に含まれる１次成分が波高値に対して１５％以上大きくなる高調波成分の含有率の組みあわせが存在していることがわかる。

さらに、３次高調波成分が２６〜３１％，５次高調波成分が１０〜１６％の範囲において、１次成分が波高値に対して２０％以上大きくなる高調波成分の組合せが存在している。

このように、７次の高調波成分を、１％〜６％含有することで、３次、５次の高調波成分のみの含有の場合に比べて、１次成分が大きく得られる高調波含有率の組みあせの範囲が広くなるのと同時に１次成分の最大値も大きくなっている。

３次、５次の高調波成分のみの含有の場合、１次成分は、最大でも２０％増加であったのに対して、７次の高調波成分を含有することで、２２〜２３％増加している。

図１７乃至図２０より、３次高調波を２２〜３１％，５次高調波を５〜１６％，７次高調波を１〜６％の範囲で重畳することで、回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる１次成分を波高値に対して２０％より大きくでき、より出力が大きく、効率のよい同期電動機１００が実現できる。

回転子２００の表面磁束密度分布に含まれる７次高調波成分を６％以下とすることで、誘起電圧に含まれる７次の高調波成分の含有率を１％以下に抑えて、低騒音、低振動な同期電動機１００が実現できる。

実施の形態２．
図２５乃至図２８は実施の形態２を示す図で、図２５は回転子３００の横断面図、図２６は図２５の極中心均一肉厚部付近の拡大図、図２７は回転子３００の表面磁束密度分布波形を示す図、図２８は回転子３００の表面磁束密度分布波形の高調波成分分析結果を示す図である。

図２５に示す回転子３００は、回転子表面に永久磁石３１０を配置した形態であり、永久磁石３１０の内側は、永久磁石３１０のバックヨーク３３０（磁性体）で構成される。

図２５に示す回転子３００は、１磁極を構成する永久磁石の形状が磁極の中央付近は均一の肉厚で、磁極間付近は肉厚が小さくなっている（図２６参照）。

磁極全体の肉厚が均一で、ラジアル方向の着磁あるいは配向のかかった永久磁石を用いた回転子の場合、表面磁束密度分布波形は、実施の形態１に示すように、台形波あるいは方形波の形状となりやすく、高い周波数の高調波成分が含有されやすい。

磁極中心付近の肉厚が厚く、磁極間付近の肉厚が薄くなることで、回転子の表面磁束密度分布波形は磁極中心付近の平坦部の幅が狭い台形波状になり、さらに、永久磁石の配向の向きを磁極中心付近に集中させることによって、完全な正弦波分布とならない低次の高調波成分を含んだ表面磁束密度分布波形とすることができる。

図２７は、図２５に示す回転子３００の表面磁束密度分布波形を示すものである。実施の形態１で示した台形波状の分布波形と比較すると、磁極中心付近に平坦部が見られないものの、正弦波に比べると、台形波に近い形状となっている。

図２８は、図２７の波形の高調波成分分析を行った結果である。表面磁束密度分布波形の波高値が０．５４Ｔに対して、表面磁束密度分布波形に含まれる１次成分は０．５８Ｔとなっており、約１０％大きくなっている。この表面磁束密度分布波形に含まれる高調波成分は、３次成分が約１１％，５次成分が約３％，７次が約１％である。

永久磁石の形状をリング形状とする場合、バックヨーク外周の形状と永久磁石の内径形状を合わせる必要があるため、別部品を接着等に組立、固定をするには、作業性が悪くなることがある。

この場合、永久磁石を比較的形状の自由度が高いボンド磁石とすることで加工性を向上することができる。

また、バックヨークとの一体成形を行うことによっても、生産性を改善することが可能である。

また、バックヨークを電磁鋼板等の鋼材で構成する場合、ボンド磁石との線膨張係数の違いから、使用環境の温度変化によって、永久磁石に割れを生じる可能性があるため、磁極間の肉厚を薄くすることが困難となる。

高価な希土類の永久磁石を用いる場合、磁石肉厚を薄くして、使用量を減らす場合が多く、使用環境の変化に対しては、さらに厳しい条件となる。

これに対して、バックヨークを磁性粉末を混合した樹脂材料で構成して、互いの線膨張係数を近づけることで、永久磁石の割れを防止することが可能となる。

以上、１２スロット１０極の同期電動機について説明したが、１２スロット１０極も含めて１２ｎスロット１０ｎ極（ｎは自然数）のものが、本実施の形態の対象となる。

本発明の活用例として、送風機に用いられる同期電動機への適用が可能である。

１００ 同期電動機、２００ 回転子、２１０ 永久磁石、２２０ 回転軸、２３０ バックヨーク、３００ 回転子、３１０ 永久磁石、３３０ バックヨーク、５００ 同期電動機、６００ 回転子、６１０ 永久磁石、６２０ 回転軸、６３０ バックヨーク。

Claims (12)

1. ３相１２ｎスロット１０ｎ極（ｎは自然数）の同期電動機の回転子において、
   回転子表面の磁束密度分布波形に含まれる周波数成分が、１磁極対分の波形を基本波形として、
   ３次の高調波成分を、１６％〜２８％、
   及び、
   ５次の高調波成分を、
   （前記３次の高調波成分の含有率−１４）％〜（前記３次の高調波成分の含有率−２０）％（ただし５次の高調波成分は２％以上とする）
   含有することで、前記磁束密度分布波形に含まれる基本波成分の振幅を、当該磁束密度分布波形の振幅よりも１６％以上大きくすることを特徴とする同期電動機の回転子。
2. ３次の高調波成分を１６％〜２２％及び５次の高調波成分を２％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を１８％〜２４％及び５次の高調波成分を４％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２０％〜２６％及び５次の高調波成分を６％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２２％〜２８％及び５次の高調波成分を８％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２４％〜２８％及び５次の高調波成分を１０％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２６％〜２８％及び５次の高調波成分を１２％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２８％及び５次の高調波成分を１４％含有することで、
   前記磁束密度分布波形に含まれる基本波成分の振幅を、当該磁束密度分布波形の振幅よりも１６％以上大きくすることを特徴とする請求項１記載の同期電動機の回転子。
3. ３次の高調波成分を、２０％〜２６％、
   及び、
   ５次の高調波成分を、
   （前記３次の高調波成分の含有率−１６）％〜（前記３次の高調波成分の含有率−１８）％（ただし５次の高調波成分は４％以上とする）
   含有することで、前記磁束密度分布波形に含まれる基本波成分の振幅を、当該磁束密度分布波形の振幅よりも１９％以上大きくすることを特徴とする請求項１記載の同期電動機の回転子。
4. ３次の高調波成分を２０％〜２２％及び５次の高調波成分を４％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２２％〜２４％及び５次の高調波成分を６％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２４％〜２６％及び５次の高調波成分を８％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２６％及び５次の高調波成分を１０％含有することで、
   前記磁束密度分布波形に含まれる基本波成分の振幅を、当該磁束密度分布波形の振幅よりも１９％以上大きくすることを特徴とする請求項３記載の同期電動機の回転子。
5. ３相１２ｎスロット１０ｎ極（ｎは自然数）の同期電動機の回転子において、
   回転子表面の磁束密度分布波形に含まれる周波数成分が、１磁極対分の波形を基本波形として、
   ３次の高調波成分を２２％〜３１％、５次の高調波成分を５〜１６％及び７次の高調波成分を１〜６％含有することで、前記磁束密度分布波形に含まれる基本波成分の振幅を、当該磁束密度分布波形の振幅よりも２０％を超えて大きくすることを特徴とする同期電動機の回転子。
6. ３次の高調波成分を２２％〜２６％、５次の高調波成分を５〜１０％及び７次の高調波成分を１％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２４％〜２８％、５次の高調波成分を７〜１３％及び７次の高調波成分を３％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２６％〜３０％、５次の高調波成分を９〜１５％及び７次の高調波成分を５％含有することで、又は、
   ３次の高調波成分を２７％〜３１％、５次の高調波成分を１０〜１５％及び７次の高調波成分を６％含有することで、
   前記磁束密度分布波形に含まれる基本波成分の振幅を、当該磁束密度分布波形の振幅よりも２０％を超えて大きくすることを特徴とする請求項５記載の同期電動機の回転子。
7. 永久磁石を前記回転子表面に配置し、前記永久磁石の肉厚が磁極の中心付近で均一であり、隣り合う磁極の境界付近の肉厚は前記磁極の中心付近よりも薄くなっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の同期電動機の回転子。
8. 前記永久磁石に、希土類の永久磁石を用いることを特徴とする請求項７記載の同期電動機の回転子。
9. 前記永久磁石に、ボンド磁石を用いることを特徴とする請求項７記載の同期電動機の回転子。
10. 前記永久磁石が表面に設けられるバックヨークを備え、前記バックヨークを磁性材料を含む樹脂材料で構成することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の同期電動機の回転子。
11. 前記永久磁石を、前記バックヨークと一体成形により構成することを特徴とする請求項１０記載の同期電動機の回転子。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の同期電動機の回転子を用いることを特徴とする同期電動機。