KR100772315B1

KR100772315B1 - 전동기

Info

Publication number: KR100772315B1
Application number: KR1020057024170A
Authority: KR
Inventors: 케이지 아오타; 키요타카 니시지마; 아키오 야마기와
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2007-10-31
Also published as: EP1643616A4; RU2006103263A; AU2004254872C1; WO2005004307A1; EP2287998A3; KR20060023158A; ES2384434T3; US7777382B2; EP1643616B1; TW200509515A; TW200847608A; EP1643616A1; US20090206691A1; EP2306618A2; RU2315411C2; AU2004254872C9; US20060145556A1; ES2383687T3; US7579733B2; TWI323079B

Abstract

제1 비자성층(4)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부(端部)와, 극 간이 이루는 각도 θ1, 및 제2 비자성층(5)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ2는, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ1 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(5·Pn)

또는

0 < θ1 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(7·Pn)

으로서 충분한 자속을 확보하면서, 자속 밀도 분포 파형 (유기 전압 파형)의 특정의 차원, 예를 들어 5차 및 7차를 저감하고, 또한 불필요한 래디얼력이나 스러스트(thrust)력을 발생시키지 않는다.

전동기, 비자성층, 회전자 철심, 영구 자석, 유기 전압

Description

전동기{MOTOR}

본 발명은, 회전자 철심의 내부에 복수개의 영구 자석을 매설하여 이루어지는 전동기에 관한 것이며, 특히 정음화(靜音化)가 요구되는 용도에 호적(好適)한 전동기에 관한 것이다.

종래부터, 전동기의 정음화가 검토되고 있지만, 주로 코깅 토크(torque) 등 회전자 위치에 의한 회전 방향의 흡인력의 변화에 착목(着目)하여 정음화를 달성하려고 하는 기술이 많았다.

예를 들어, 일본국 공개특허공보 특개평10-201147호 공보, 일본국 공개특허공보 특개평11-98731호 공보, 일본국 공개특허공보 특개2000-69695호 공보는, 모두 코깅 토크의 저감을 의도한 것이다.

일본국 공개특허공보 특개평10-201147호 공보는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 회전자 철심의 내부에 매설되는 2층의 영구 자석의 둘레 방향 대상 위치를 특정의 수식에 들어맞는 관계로 하는 것에 의하여, 코깅 토크를 저감하여 저진동, 저소음의 전동기를 실현하는 것이다.

그러나 일본국 공개특허공보 특개평10-201147호 공보는 코깅 토크에 착목하고 있기 때문에, 코깅 토크의 주기에 의하여 수식이 다르고, 특히 집중 감기 등의 경우, 도 1에서의 θ의 값은 커지고, 회전자 외주(外周) 측에 배치된 영구 자석을 크게 할 수 없다고 하는 결점을 가지고 있었다.

나아가, 극마다 자극의 개방 각도가 다르기 때문에, 회전력에 언밸런스가 생기고, 또한 유기 전압 파형도 대칭 형상이 아니게 되는 것에 의하여, 다른 원인에 의한 소음 증가나 위치 검출의 정도(精度)에의 영향 등, 여러 가지의 폐해가 예상된다.

일본국 공개특허공보 특개평11-98731호 공보는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 극마다 자극의 개방 각도를 변화시키는 것에 의하여, 코깅 토크를 저감하려고 하는 것이다.

그러나 자극의 개방 각도가 다르기 때문에, 회전력에 언밸런스가 생기고, 또한 유기 전압 파형도 대칭 형상이 아니게 되는 것에 의하여, 다른 원인에 의한 소음 증가나 위치 검출의 정도에의 영향 등, 여러 가지의 폐해가 예상된다.

일본국 공개특허공보 특개2000-69695호 공보는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 영구 자석 매설용 펀칭 구멍의 형상은 동일하고, 영구 자석의 단면에 접하도록 설치된 장공부의 형상을 변화시킨 것이다. 이것은 의사적(擬似的)으로 스큐(skew)를 시행한 것이며, 코깅 토크의 저감의 효과를 의도한 것이다.

그러나 축 방향으로 다른 회전자 철심을 적층한다고 하는 것은, 금형(金型)이 복잡화하고, 또한 축 방향으로 힘이 발생하기 때문에, 스러스트(thrust) 진동을 유기할 가능성도 있었다. 나아가, 자극의 개방 각도가 대단히 좁은 극이 존재하는 것에 의한 폐해도 무시할 수 없다. 예를 들어, 자속 밀도 집중에 의한 철손(鐵損) 의 증대나, 착자(着磁) 시 충분한 자속이 영구 자석의 단부(端部)에까지 미치지 않는 등의 문제를 생각할 수 있다.

또한, 이들 기술은 모두 코깅 토크에 착목한 것이지만, 전동기를 운전한 경우, 특히 부하가 큰 경우에서는 코깅 토크는 어느 값 이하로 억제하여 두면, 영향은 적고, 오히려 유기 전압의 고조파(高調波) 성분의 영향이 커진다. 특히, 희토류 자석과 같은 자력이 강한 영구 자석을 이용한 경우는 유기 전압 파형의 고조파의 영향을 크게 받는 것을 알고 있다.

일본국 공개특허공보 특개2002-44888호 공보는, 상기 과제 중, 자극의 개방 각도가 대단히 좁은 극이 존재한다고 하는 과제를 해결할 수 있는 것이다. 구체적으로는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 영구 자석의 단면에 접하도록 설치된 장공부를 둘레 방향으로 분할하고, 「보조 보강 리브」를 설치하고 있다. 일본국 공개특허공보 특개2002-44888호 공보는 회전자의 변형의 방지를 의도한 것이다.

그러나 「보조 보강 리브」에도 자속은 흐르는 것이기 때문에, 「보조 보강 리브」의 위치에 따라서는 오히려 음을 증대시키는 경우도 있다.

상술과 같이, 충분한 영구 자석 자속을 확보하면서, 또한 언밸런스 진동에 의한 음이나 스러스트력에 의한 음의 폐해를 발생하지 않고, 코깅 토크를 저감하는 것에는 반드시 성공하고 있다고는 말할 수 없다. 또한, 유기 전압의 특정의 조파(調波), 예를 들어, 5차 조파 및 7차 조파에 착목한 대책은 이루어져 있지 않고, 특히 부하가 큰 전동기의 경우는 충분히 음을 저감할 수 있는 구조는 아니었다.

본 발명은 상기의 문제점에 감안하여 이루어진 것이며, 충분한 자속을 확보 하면서, 자속 밀도 분포 파형 (유기 전압 파형)의 특정의 차원, 예를 들어, 5차 및 7차를 저감하고, 또한 불필요한 래디얼력이나 스러스트력을 발생시키지 않는 전동기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

청구항 1의 전동기는, 회전자 철심의 내부에 복수개의 영구 자석을 매설하여 이루어지는 것과 함께, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층이, 영구 자석이 발생하는 자극의 한 쌍이 인접하는 위치인 극 간 근방에서 회전자 표면 근방까지 연장되며, 또한 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의, 영구 자석이 발생하는 자극의 각각의 중심인 극 중심 근처에, 회전자 표면 근방으로 제2 비자성층을 설치하고, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층 및 제2 비자성층이, 유기 전압의 n차 조파 (n은 3이상의 홀수)를 상쇄하도록 배치된 것이다.

청구항 2의 전동기는, n차 조파로서 3의 배수를 제외하는 3이상의 홀수 차수의 조파를 채용하는 것이다.

청구항 3의 전동기는, n차 조파로서 3의 배수를 제외하는 13이상의 홀수 차수의 조파를 채용하는 것이다.

청구항 4의 전동기는, n차 조파로서 5차 조파 또는 7차 조파를 채용하는 것이다.

청구항 5의 전동기는, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층과, 제2 비자성층을 서로 독립시키고, 상호 간에는 회전자 철심을 개재(介在)시킨 것이다.

청구항 6의 전동기는, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 접근한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ1, 및 제2 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ2가, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ1 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(5·Pn)

또는

0 < θ1 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(7·Pn)

인 것이다.

청구항 7의 전동기는, 각도 θ1, θ2가, (i) 0 < θ1 < 180/(5·Pn) 또한 θ2 = 180/(5·Pn) 또는 (ii) 0 < θ1 < 180/(7·Pn) 또한 θ2 = 180/(7·Pn) 중 어느 하나를 만족하는 것이다.

청구항 8의 전동기는, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ5, 및 제2 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ6은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ5 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ6 ≤ 180×2/(5·Pn)

이며,

나아가, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층 및 제2 비자성층과 회전자 표면에 끼워지는 회전자 철심부 폭에는 변곡점을 가지고, 각각의 변곡점과 극 간이 이루는 각도 θ7, θ8은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ7 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ8 ≤ 180×2/(7·Pn)

이며, 게다가 각도 θ5, θ6, θ7, θ8의 관계는,

θ7 < θ5 < θ8 < θ6

인 것이다.

청구항 9의 전동기는, 각도 θ5는 0 < θ5 < 180/(5·Pn)이고, 각도 θ6은 θ6 = 180/(5·Pn)이며, 각도 θ7은 0 < θ7 < 180/(7·Pn)이고, 각도 θ8은 θ8 = 180/(7·Pn)인 것이다.

청구항 10의 전동기는, 상기 각 영구 자석으로서 반경 방향으로 복수층으로 분할되어 이루어지는 것을 채용하는 것이다.

청구항 11의 전동기는, 상기 각 영구 자석으로서 반경 방향으로 2층으로 분할된 것을 채용하고, 회전자 내주(內周) 측에서의 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ3, 및 회전자 외주 측에서의 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ4가, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ3 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ4 ≤ 180×2/(5·Pn)

또는

0 < θ3 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ4 ≤ 180×2/(7·Pn)

인 것이다.

청구항 12의 전동기는, 각도 θ3, θ4가, (i) 0 < θ3 < 180/(5·Pn) 또한 θ4 = 180/(5·Pn) 또는 (ii) 0 < θ3 < 180/(7·Pn) 또한 θ4 = 180/(7·Pn) 중 어느 하나를 만족하는 것이다.

청구항 13의 전동기는, 상기 각 영구 자석으로서 반경 방향으로 2층으로 분할된 것을 채용하고, 회전자 내주 측에서의 영구 자석의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ9, 및 회전자 외주 측에서의 영구 자석의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ10은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ9 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ10 ≤ 180×2/(5·Pn)

이며,

나아가, 회전자 내주 측에서의 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층, 및 회전자 외주 측에서의 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층과 회전자 표면에 끼워지는 회전자 철심부 폭에는 변곡점을 가지고, 각각의 변곡점과 극 간이 이루는 각도 θ11, θ12는, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ11 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ12 ≤ 180×2/(7·Pn)

이며, 게다가 각도 θ9, θ10, θ11, θ12의 관계는,

θ11 < θ9 < θ12 < θ10

인 것이다.

청구항 14의 전동기는, 각도 θ9는 0 < θ9 < 180/(5·Pn)이고, 각도 θ10은 θ10 = 180/(5·Pn)이며, 각도 θ11은 0 < θ11 < 180/(7·Pn)이고, 각도 θ12는 θ12 = 180/(7·Pn)인 것이다.

덧붙여, 이 명세서에 있어서, 「극」은 대략 등간격, 등각도로 배치되는 N극 또는 S극을 나타내는 용어로서 사용되고, 「자극」은 극 중에서 영구 자석의 자속이 주로 유출하는 범위를 나타내는 용어로서 사용되며, 「극 중심」은 영구 자석이 발생하는 자극의 각각의 중심을 나타내는 용어로서 사용되고, 「극 간」은 영구 자석이 발생하는 자극의 한 쌍이 인접하는 위치(경계)를 나타내는 용어로서 사용된다.

청구항 1의 전동기이면, 회전자 철심의 내부에 복수개의 영구 자석을 매설하여 이루어지는 것과 함께, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층이, 영구 자석이 발생하는 자극의 한 쌍이 인접하는 위치인 극 간 근방에서 회전자 표면 근방까지 연장되며, 또한 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의, 영구 자석이 발생하는 자극의 각각의 중심인 극 중심 근처에, 회전자 표면 근방으로 제2 비자성층을 설치하고, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층 및 제2 비자성층이, 유기 전압의 n차 조파 (n은 3이상의 홀수)를 상쇄하도록 배치된 것이기 때문에, 충분한 자속을 확보하면서, 자속 밀도 분포 파형 (유기 전압 파형)의 n차를 저감하고, 또한 불필요한 래디얼력이나 스러스트력의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 2의 전동기이면, n차 조파로서 3의 배수를 제외하는 3이상의 홀수 차수의 조파를 채용하는 것이기 때문에, 충분한 자속을 확보하면서, 자속 밀도 분포 파형 (유기 전압 파형)의 3의 배수를 제외하는 3이상의 홀수 차수의 조파를 저감하고, 또한 불필요한 래디얼력이나 스러스트력의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 3의 전동기이면, n차 조파로서 3의 배수를 제외하는 13이상의 홀수 차수의 조파를 채용하는 것이기 때문에, 충분한 자속을 확보하면서, 자속 밀도 분포 파형 (유기 전압 파형)의 3의 배수를 제외하는 13이상의 홀수 차수의 조파를 저감하고, 또한 불필요한 래디얼력이나 스러스트력의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 4의 전동기이면, n차 조파로서 5차 조파 또는 7차 조파를 채용하는 것이기 때문에, 충분한 자속을 확보하면서, 자속 밀도 분포 파형 (유기 전압 파형)의 5차 또는 7차를 저감하고, 또한 불필요한 래디얼력이나 스러스트력의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 5의 전동기이면, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층과, 제2 비자성층을 서로 독립시키고, 상호 간에는 회전자 철심을 개재시킨 것이기 때문에, 기계적 강도를 높일 수 있는 것 외에, 청구항 4와 같은 작용을 달성할 수 있다.

청구항 6의 전동기이면, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 접근한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ1, 및 제2 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ2가, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ1 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(5·Pn)

또는

0 < θ1 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(7·Pn)

이기 때문에, 대칭성을 고려하여, 청구항 4 또는 청구항 5와 같은 작용을 달성할 수 있다.

청구항 7의 전동기이면, 각도 θ1, θ2가, (i) 0 < θ1 < 180/(5·Pn) 또한 θ2 = 180/(5·Pn) 또는 (ii) 0 < θ1 < 180/(7·Pn) 또한 θ2 = 180/(7·Pn) 중 어느 하나를 만족하기 때문에, 정음화를 달성할 수 있는 것 외에, 청구항 4 또는 청구항 5와 같은 작용을 달성할 수 있다.

청구항 8의 전동기이면, 각 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ5, 및 제2 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ6은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ5 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ6 ≤ 180×2/(5·Pn)

이며,

0 < θ7 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ8 ≤ 180×2/(7·Pn)

이며, 게다가 각도 θ5, θ6, θ7, θ8의 관계는,

θ7 < θ5 < θ8 < θ6

청구항 9의 전동기이면, 각도 θ5는 0 < θ5 < 180/(5·Pn)이고, 각도 θ6은 θ6 = 180/(5·Pn)이며, 각도 θ7은 0 < θ7 < 180/(7·Pn)이고, 각도 θ8은 θ8 = 180/(7·Pn)이기 때문에, 정음화를 달성할 수 있는 것 외에, 청구항 4 또는 청구항 5와 같은 작용을 달성할 수 있다.

청구항 10의 전동기이면, 상기 각 영구 자석으로서 반경 방향으로 복수층으로 분할되어 이루어지는 것을 채용하는 것이기 때문에, 영구 자석을 회전자 내주 측과 회전자 외주 측에 복수로 분할한 경우에도, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나와 같은 작용을 달성할 수 있다.

청구항 11의 전동기이면, 상기 각 영구 자석으로서 반경 방향으로 2층으로 분할된 것을 채용하고, 회전자 내주 측에서의 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ3, 및 회전자 외주 측에서의 영구 자석의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ4가, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ3 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ4 ≤ 180×2/(5·Pn)

또는

0 < θ3 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ4 ≤ 180×2/(7·Pn)

이기 때문에, 대칭성을 고려하여, 청구항 10과 같은 작용을 달성할 수 있다.

청구항 12의 전동기이면, 각도 θ3, θ4가, (i) 0 < θ3 < 180/(5·Pn) 또한 θ4 = 180/(5·Pn) 또는 (ii) 0 < θ3 < 180/(7·Pn) 또한 θ4 = 180/(7·Pn) 중 어느 하나를 만족하기 때문에, 정음화를 달성할 수 있는 것 외에, 청구항 10과 같은 작용을 달성할 수 있다.

청구항 13의 전동기이면, 상기 각 영구 자석으로서 반경 방향으로 2층으로 분할된 것을 채용하고, 회전자 내주 측에서의 영구 자석의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ9, 및 회전자 외주 측에서의 영구 자석의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ10은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ9 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ10 ≤ 180×2/(5·Pn)

이며,

0 < θ11 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ12 ≤ 180×2/(7·Pn)

이며, 게다가 각도 θ9, θ10, θ11, θ12의 관계는,

θ11 < θ9 < θ12 < θ10

청구항 14의 전동기이면, 각도 θ9는 0 < θ9 < 180/(5·Pn)이고, 각도 θ10은 θ10 = 180/(5·Pn)이며, 각도 θ11은 0 < θ11 < 180/(7·Pn)이고, 각도 θ12는 θ12 = 180/(7·Pn)이기 때문에, 정음화를 달성할 수 있는 것 외에, 청구항 10과 같은 작용을 달성할 수 있다.

도 1은 종래의 전동기의 일례를 도시하는 개략도이다.

도 2는 종래의 전동기의 다른 예를 도시하는 개략도이다.

도 3은 종래의 전동기의 또 다른 예를 도시하는 개략도이다.

도 4는 종래의 전동기의 또 다른 예를 도시하는 개략도이다.

도 5는 회전자 표면의 둘레 방향의 자속 밀도 분포를 도시하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 전동기의 제1 실시예의 회전자를 도시하는 개략도이다.

도 7은 회전자 표면의 자속 밀도 분포와 비자성층의 관계를 도시하는 도면이다.

도 8은 θ2 = 23°인 경우에서의 5차 조파, 7차 조파의 θ1에 대한 특성을 도시하는 도면이다.

도 9는 θ1 = 6°인 경우에서의 5차 조파, 7차 조파의 θ2에 대한 특성을 도시하는 도면이다.

도 10은 분포 감기의 고정자를 도시하는 개략도이다.

도 11은 집중 감기의 고정자를 도시하는 개략도이다.

도 12는 제1 실시예의 회전자의 일변형예를 도시하는 개략도이다.

도 13은 제1 실시예의 회전자의 다른 변형예를 도시하는 개략도이다.

도 14는 본 발명의 전동기의 제2 실시예의 회전자를 도시하는 개략도이다.

도 15는 제2 실시예의 회전자의 일변형예를 도시하는 개략도이다.

도 16은 본 발명의 전동기의 제3 실시예의 회전자를 도시하는 개략도이다.

도 17은 회전자 표면의 자속 밀도 분포를 도시하는 도면이다.

도 18은 제2 비자성층이 없는 경우와 제3 실시예의 경우의 유기 전압 파형의 비교를 도시하는 도면이다.

도 19는 압축기용 전동기로서 운전한 경우의 소음의 고조파 성분을 도시하는 도면이다.

도 20은 제3 실시예의 회전자의 변형예를 도시하는 개략도이다.

도 21는 본 발명의 전동기의 제4 실시예의 회전자를 도시하는 개략도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 전동기의 실시예를 상세히 설명한다.

덧붙여, 이하의 실시예에서는, 유기 전압의 5차 조파 및/또는 7차 조파를 상쇄하도록 한 경우를 설명하지만, 이들 이외의 조파를 상쇄할 수 있는 것은 물론이다.

먼저, 전동기의 일반예를 설명한다.

전동기의 회전자 표면의 둘레 방향의 자속 밀도 분포는 극마다 대칭이다. 또한, 각 극 대략 동일 형상이면, 극 간에서는 자속 밀도가 제로로 된다.

그 때문에, 회전자 표면의 둘레 방향의 자속 밀도 분포는, 1극쌍을 기본파로 하고, 그 홀수차를 포함하는 것으로 된다. 예를 들어, 단순한 구형파(矩形波)를 푸리에 전개하면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 3차, 5차, 7차, 9차로 홀수차 성분 이 기본파에 중첩되어 있다. 여기서 3차, 9차라고 하는, 3n차 고조파 가진력 (n : 1, 2, 3, 4, …)은 동기(同期)하고, 6극 있는 고정자(固定子)에서는 6각형 공진 모드라고 하는, 고정자 극수와 동수(同數)의 공진 모드를 일으킨다. 또한, 고차의 공진 모드는 일반적으로 가청 영역을 크게 넘고 있어 소음이 되기 어렵다.

또한, 5차, 7차는, 11차 이상과 비교하면, 진폭이 크고, 음이 되기 쉬우며, 또한 주파수가 낮기 때문에, 차단되기 어려운 성질이 있다. 그래서 5차 조파 및 7차 조파에 착목한다.

5차 조파 및 7차 조파를 대책할 때, 이하의 2점을 전제로 하면 된다.

1) 회전자 표면의 자속 밀도 파형의 대칭성으로부터, 극 간은 어느 차수도 반드시 제로로 된다.

2) 자극의 시작 등, 자속 밀도의 변화가 급격하게 개시하는 개소(個所)에서는, 고차 성분이 제로 크로스로 될 수 있다.

(제1 실시예)

이하, 제1 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 6는 본 발명의 전동기의 제1 실시예의 회전자의 구성을 도시하는 개략도이다.

이 회전자(1)는 회전자 철심(2)의 내부에 복수개 (본 실시예에서는 4극이며, 4개)의 영구 자석(3)을 매설하여 이루어진다.

또한, 각 영구 자석(3)의 둘레 방향 단부에 연속한 비자성층(4, 이하, 「제1 비자성층」이라 한다)이 극 간 근방에서 회전자 표면 근방까지 연장되어 있다. 그 리고 제1 비자성층(4)의 극 중심 근처, 또한 회전자 표면 근방에 제2 비자성층(5)을 설치하고 있다. 여기서, 비자성층은 관통한 구멍이며, 공기층이다.

제1 비자성층(4) 및 제2 비자성층(5)은 서로 독립하고, 상호 간에는 회전자 철심으로 이루어지는 보조 보강 리브(2a)가 개재하고 있다.

또한, 제1 비자성층(4)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ1, 및 제2 비자성층(5)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ2는, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ1 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(5·Pn)

또는

0 < θ1 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(7·Pn)

이다. 덧붙여, 이상의 식은 5차 조파의 저감 또는 7차 조파의 저감에 대응하는 것이며, n차 조파 (n은 3이상의 홀수)의 저감을 행하는 경우에는, 5, 7을 대신하여 n을 채용하면 된다. 이하의 식에 대해서도 마찬가지이다.

이 실시예에서는, 극쌍수 Pn = 2이며, 5차 조파의 저감을 도모하는 것인 경우에는 상단의 식을 이용한다. 구체적으로는, θ1 = 9°, θ2 = 18°로 하면 된다.

이하에, 상기 구성의 전동기의 음을 저감하는 원리에 대하여 설명한다.

예를 들어, 5차 조파의 저감을 도모하는 것과 함께, 극쌍수가 2이기 때문에, θ1 = 0°, θ2 = 18°이면 위상이 180° 어긋나 서로 상쇄한다. 그렇지만, 영구 자석을 회전자 철심 내부에 매설한 구조에서는 θ1 = 0°는 곤란하다. 따라서, 대칭성으로부터, θ1 < 18°이면 충분하다. 또한, 7차 조파를 저감하는 경우는, 하단의 식을 이용하고, θ1 < 12.9°, 12.9°≤ θ2 ≤ 25.7°이면 충분하다. 이때, 토크를 최대로 하기 위해서는 θ2를 가능한 한 크게 하고, 영구 자석에 쇄교하는 자속을 많이 하면 된다.

도 7에 이 실시예에서의 회전자 표면의 자속 밀도 분포와 비자성층(4, 5)의 관계를 도시한다. 비자성층(4, 5)이 있는 부분에서는 자속 밀도는 증가 또는 감소하고 있고, 그 이외의 부분에서는 자속 밀도는 거의 일정하다. 따라서, 각각의 비자성층(4, 5)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부로부터, 자속 밀도의 변화가 급하게 되어 있다. 따라서, 각각의 점에서 고차 성분의 제로 크로스 점이 온다. 제2 비자성층(5)의 경우는, 극 간으로부터 5/7차 조파의 1파장분에 상당하고, 대칭성으로부터 제로 크로스 점은 극 간에 오는 것으로 생각할 수 있다. 제1 비자성층(4)의 경우는, 극 간으로부터 5/7차 조파의 반파장이며, 대칭성으로부터 제로 크로스 점은 극 간에 오는 것으로 생각할 수 있다. 따라서, 서로의 비자성층(4, 5)에 의한 5/7차 조파는 반파장 어긋나 있기 때문에 서로 상쇄된다.

도 8에 θ2 = 23인 경우에서의 5차 조파, 7차 조파의 θ1에 대한 특성을 도시하고, 도 9에 θ1 = 6°인 경우에서의 5차 조파, 7차 조파의 θ2에 대한 특성을 도시하고 있다.

도 8, 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 각도 θ1, θ2를 상식(上式)과 같이 정하는 것에 의하여, 5차 조파, 7차 조파의 높은 저감 효과를 달성할 수 있다.

여기서, 제1 비자성층(4) 및 제2 비자성층(5)과 회전자 표면에 끼워지는 회전자 철심부 (이하, 「제1 브릿지(2b1)」「제2 브릿지(2b2)」라고 칭한다)의 폭은 일정하고, 자속의 누출 방지를 위하여 작게 하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 비자성층(4) 및 제2 비자성층(5)의 사이에도, 자로(磁路)로 되는 회전자 철심 (보조 보강 리브, 2a)이 있고, 영구 자석의 자속이 보조 보강 리브(2a)를 통하도록 하지 않으면, 충분한 효과는 얻을 수 없다.

여기서, 영구 자석과 비자성층은 반드시 연속하지 않아도 되고, 약간의 거리를 두고 근접하고 있어도 무방하다.

덧붙여, 본 발명에서의 고정자는, 도 10에 도시하는 바와 같은 분포 감기라도, 도 11에 도시하는 바와 같은 집중 감기라도 무방하다. 특히 집중 감기는 5차 조파, 7차 조파가 특히 커지기 때문에, 본 발명을 적용하는 것이 효과적이다.

도 12, 도 13은 도 6의 변형예를 도시하는 개략도이다.

도 12는 도 6의 회전자의 영구 자석의 양측 근방에 회전자 철심(2c)이 존재하는 변형예이며, 표면으로부터 나오는 자속의 고조파를 상쇄하도록, 제1, 제2 비자성층(6, 7)을 배치하고 있으면 충분히 효과가 있다.

도 13은 영구 자석층이 회전자 표면 근방까지 존재하는 변형예이며, 제2 비자성층(8)이 표면으로부터 나오는 자속의 고조파를 상쇄하도록 배치되어 있으면, 같은 효과가 있다. 다만, 이 경우 영구 자석 단부의 자석 자속이 회전자 법선 방향으로 나오지 않도록 영구 자석을 착자하는 것이 필요하다.

(제2 실시예)

이하, 제2 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 14는 본 발명의 전동기의 제2 실시예의 회전자의 구성을 도시하는 개략도이다.

회전자(11)는 회전자 철심(12)의 내부에 영구 자석이 매설되어 이루어지고, 영구 자석(13 : 회전자 내주 측의 영구 자석, 14 : 회전자 외주 측의 영구 자석)은 각 극마다, 반경 방향으로 2층으로 분할되어 이루어진다. 또한, 각 영구 자석(13, 14)의 둘레 방향 단부(13a, 14a)가 극 간 근방에서 회전자 표면 근방까지 연장되어 있다.

회전자 내주 측의 영구 자석(13) 및 회전자 외주 측의 영구 자석(14)의 둘레 방향 단부(13a, 14a)는 서로 독립하고, 상호 간에는 회전자 철심으로 이루어지는 이를 테면 q축 자속 통로(12a)가 개재한다.

q축 자속 통로(12a)의 존재에 의하여, q축 인덕턴스(Lq)를 크게 할 수 있기 때문에, 릴럭턴스 토크를 많이 이용할 수 있고, 또한 회전자의 크기를 늘리는 일 없이 영구 자석의 자속을 늘릴 수 있다.

회전자 내주 측의 영구 자석(13)의 둘레 방향 단부(13a)의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ3, 및 회전자 외주 측의 영구 자석(14)의 둘레 방향 단부(14a)의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ4는, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ3 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ4 ≤ 180×2/(5·Pn)

또는

0 < θ3 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ4 ≤ 180×2/(7·Pn)

이다.

이 실시예에서는, 극쌍수 Pn = 2이며, 5차 조파의 저감을 도모한 것이기 때문에, 상단의 식을 이용한다. 구체적으로는, θ1 = 9°, θ2 = 18°로 하면 된다. 물론, 7차 조파의 저감을 도모하는 경우에는 하단의 식을 이용하면 된다.

상기 구성의 전동기에서의 음을 저감하는 원리는 제1 실시예와 같기 때문에 설명을 생략한다.

도 15는 이 실시예의 변형예를 도시하는 개략도이다.

이 변형예는 만곡한 영구 자석을 대신하여 평판상(平板狀)의 영구 자석을 채용하고 있다.

따라서, 이 변형예를 채용한 경우에도 음을 저감할 수 있다.

(제3 실시예)

이하, 제3 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 16은 본 발명의 전동기의 제3 실시예의 회전자의 구성을 도시하는 개략도이다.

회전자(31)는 회전자 철심(32)의 내부에 복수개 (이 실시예에서는 4극이며, 4개)의 영구 자석(33)을 매설하여 이루어진다.

또한, 각 영구 자석(33)의 둘레 방향 단부에 연속한 비자성층(34, 이하, 「제1 비자성층」이라고 칭한다)이 극 간 근방에서 회전자 표면 근방까지 연장되어 있다. 또한, 제1 비자성층(34)의 극 중심 근처, 또한 회전자 표면 근방에 제2 비자성층(35)을 설치하고 있다. 여기서, 비자성층은 관통한 구멍이며, 공기층이다.

그리고 제1 비자성층(34)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도를 θ5로 하고, 제2 비자성층(35)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도를 θ6으로 한다.

제1 비자성층(34) 및 제2 비자성층(35)은 서로 독립하고 있고, 상호 간에는 회전자 철심으로 이루어지는 보조 보강 리브(32a)가 개재하고 있다.

나아가, 제1 비자성층(34) 및 제2 비자성층(35)과 회전자 표면에 끼워지는 회전자 철심부 (이하, 「제1 브릿지(32bl)」「제2 브릿지(32b2)」라고 칭한다)의 폭에는 변곡점(36a, 36b)을 가지며, 각각의 변곡점(36a, 36b)과 극 간이 이루는 각도 θ7, θ8 및 상기 각도 θ5, θ6은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ5 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ6 ≤ 180×2/(5·Pn)

또한

0 < θ7 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ8 ≤ 180×2/(7·Pn)

또한

θ7 < θ5 < θ8 < θ6

이다.

덧붙여, 이 실시예에서 극쌍수 Pn은 2이며, θ6 = 18°, θ8 = 12.9°, θ5 = 9°, θ7 = 6.4°로 하였다.

여기서, 변곡점(36a, 36b)은, 제1 브릿지(32bl) 및 제2 브릿지(32b2)의 폭이 일정한 범위(32bll, 32b21)와 서서히 넓어지고 있는 범위(32b12, 32b22)의 교점이며, 이 점에서 회전자 표면의 자속 밀도 분포의 변화가 급하게 된다.

이 실시예에서의 회전자 표면의 자속 밀도 분포를 도 17에 도시한다.

도 17 및 제1 실시예의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 변곡점(36a, 36b)에 의하여 7차 조파가, 제1 비자성층(34)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부, 및 제2 비자성층(35)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부에 의하여 5차 조파가 상쇄되고 있다.

도 18에 제2 비자성층(35)이 없는 경우와 이 실시예의 경우의 유기 전압 파형의 비교를 도시하고, 표 1에 고조파 성분의 진폭의 비교를 도시하였다. 또한, 압축기용 전동기로서 운전한 경우의 소음의 고조파 성분을 도 19에 도시하였다.

덧붙여, 비자성층(34, 35)의 형상은, 이 실시예의 형상에 한정하는 것은 아니고, 예를 들어, 도 20과 같이, 브릿지(37bl, 37b2)의 폭이 폭소부(幅小部, 37bll, 37b21)와 폭대부(幅大部, 37b12, 37b22)로 분리되고, 폭소부(37bll, 37b21)와 폭대부(37b12, 37b22)의 변화점을 변곡점(38a, 38b)으로 간주하여도 무방하다.

(제4 실시예)

이하, 제4 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 21은 본 발명의 전동기의 제4 실시예의 회전자의 구성을 도시하는 개략도이다.

회전자(41)는 회전자 철심(42)의 내부에 영구 자석이 매설되어 이루어지고, 영구 자석(43 : 회전자 내주 측의 영구 자석, 44 : 회전자 외주 측의 영구 자석)은 각 극마다 반경 방향으로 2층으로 분할되어 이루어진다. 또한, 각 영구 자석(43, 44)의 둘레 방향 단부(43a, 44a)가 극 간 근방에서 회전자 표면 근방까지 연장되어 있다.

회전자 내주 측의 영구 자석(43) 및 회전자 외주 측의 영구 자석(44)의 둘레 방향 단부(43a, 44a)는 서로 독립하고, 상호 간에는 회전자 철심으로 이루어지는 이를 테면 q축 자속 통로(42a)가 개재하고 있다.

q축 자속 통로(42a)의 존재에 의하여, q축 인덕턴스(Lq)를 크게 할 수 있기 때문에, 릴럭턴스 토크를 많이 이용할 수 있고, 또한 회전자의 크기를 늘리는 것 없이 영구 자석의 자속을 늘릴 수 있다.

또한, 회전자 내주 측의 영구 자석(43)의 둘레 방향 단부(43a)가 극 간 근방에서 회전자 표면 근방까지 연장되고, 회전자 외주 측의 영구 자석(44)의 둘레 방향 단부(44a)도 극 간 근방에서 회전자 표면 근방까지 연장되어 있다. 여기서, 영구 자석(43, 44)의 둘레 방향 단부(43a, 44a)에는 공기층 등이 있어도 무방하다. 회전자 내주 측의 영구 자석(43)의 둘레 방향 단부(43a)의 극 중심 측의 단부와, 극 간이 이루는 각도를 θ9, 및 회전자 외주 측의 영구 자석(44)의 둘레 방향 단부(44a)의 극 중심 측의 단부와, 극 간이 이루는 각도를 θ10으로 한다.

나아가, 회전자 내주 측의 영구 자석(43)의 둘레 방향 단부(43a) 및 회전자 외주 측의 영구 자석(44)의 둘레 방향 단부(44a)와 회전자 표면에 끼워지는 회전자 철심부 (이하, 「제1 브릿지(42bl)」「제2 브릿지(42b2)」라고 한다) 폭에는 변곡점(46a, 46b)을 가지며, 각각의 변곡점(46a, 46b)과 극 간이 이루는 각도 θ11, θ12 및 상기 각도 θ9, θ10은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ9 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ10 ≤ 180×2/(5·Pn)

또한

0 < θ11 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ12 ≤ 180×2/(7·Pn)

또한

θ11 < θ9 < θ12 < θ10

이다.

덧붙여, 이 실시예에서 극쌍수 Pn은 2이며, θ10 = 18°, θ12 = 12.9°, θ9 = 9°, θ11 = 6.4로 하였다.

이 실시예에서의 음의 저감 작용에 대해서는 제3 실시예와 같기 때문에 설명을 생략한다.

청구항 1의 발명은, 충분한 자속을 확보하면서, 자속 밀도 분포 파형 (유기 전압 파형)의 3이상의 홀수 차수의 조파를 저감하고, 또한 불필요한 래디얼력이나 스러스트력의 발생을 방지할 수 있다고 하는 특유의 효과를 이룬다.

청구항 2의 발명은, 3의 배수를 제외하는 3이상의 홀수 차수의 조파를 저감하고, 게다가 청구항 1과 같은 효과를 이룬다.

청구항 3의 발명은, 3의 배수를 제외하는 13이상의 홀수 차수의 조파를 저감하고, 게다가 청구항 1과 같은 효과를 이룬다.

청구항 4의 발명은, 5차 또는 7차의 조파를 저감하고, 게다가 청구항 2와 같은 효과를 이룬다.

청구항 5의 발명은, 기계적 강도를 높일 수 있는 것 외에, 청구항 4와 같은 효과를 이룬다.

청구항 6의 발명은, 대칭성을 고려하여, 청구항 4 또는 청구항 5와 같은 효과를 이룬다.

청구항 7의 발명은, 정음화를 달성할 수 있는 것 외에, 청구항 4 또는 청구항 5와 같은 효과를 이룬다.

청구항 8의 발명은, 대칭성을 고려하여, 청구항 4 또는 청구항 5와 같은 효과를 이룬다.

청구항 9의 발명은, 정음화를 달성할 수 있는 것 외에, 청구항 4 또는 청구항 5와 같은 효과를 이룬다.

청구항 10의 발명은, 영구 자석을 회전자 내주 측과 회전자 외주 측에 복수로 분할한 경우에도, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나와 같은 효과를 이룬다.

청구항 11의 발명은, 대칭성을 고려하여, 청구항 10과 같은 효과를 이룬다.

청구항 12의 발명은, 정음화를 달성할 수 있는 것 외에, 청구항 10과 같은 효과를 이룬다.

청구항 13의 발명은, 대칭성을 고려하여, 청구항 10과 같은 효과를 이룬다.

청구항 14의 발명은, 정음화를 달성할 수 있는 것 외에, 청구항 10과 같은 효과를 이룬다.

Claims

회전자 철심(2)(12)(32)(42)의 내부에 복수개의 영구 자석(3)(13)(14)(33)(43)(44)을 매설하여 이루어지는 것과 함께, 각 영구 자석(3)(13)(14)(33)(43)(44)의 둘레 방향 단부(端部), 또는 각 영구 자석(3)(13)(14)(33)(43)(44)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층(4)(34)이, 영구 자석이 발생하는 자극의 한 쌍이 인접하는 위치인 극 간 근방에서 회전자 표면 근방까지 연장되며, 또한 각 영구 자석(3)(13)(14)(33)(43)(44)의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석(3)(13)(14)(33)(43)(44)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층(4)(34)의, 영구 자석이 발생하는 자극의 각각의 중심인 극 중심 근처에, 회전자 표면 근방으로 제2 비자성층(5)(35)을 설치하고, 각 영구 자석(3)(13)(14)(33)(43)(44)의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석(3)(13)(14)(33)(43)(44)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층(4)(34) 및 제2 비자성층(5)(35)이, 유기 전압의 n차 조파 (n은 3이상의 홀수)를 상쇄하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항에 있어서,

n차 조파는 3의 배수를 제외하는 3이상의 홀수 차수의 조파인 전동기.
제2항에 있어서,

n차 조파는 3의 배수를 제외하는 13이상의 홀수 차수의 조파인 전동기.
제2항에 있어서,

n차 조파는 5차 조파 또는 7차 조파인 전동기.
제4항에 있어서,

각 영구 자석(3)(33)의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층(4)(34)과, 제2 비자성층(5)(35)을 서로 독립시키고 있고, 상호 간에는 회전자 철심(2a)(32a)을 개재(介在)시키고 있는 전동기.
제4항 또는 제5항에 있어서,

각 영구 자석(3)의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석(3)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층(4)의 회전자 표면에 접근한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ1, 및 제2 비자성층(5)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ2가, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ1 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(5·Pn)

또는

0 < θ1 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ2 ≤ 180×2/(7·Pn)

인 전동기.
제6항에 있어서,

각도 θ1, θ2가, (i) 0 < θ1 < 180/(5·Pn) 또한 θ2 = 180/(5·Pn) 또는 (ii) 0 < θ1 < 180/(7·Pn) 또한 θ2 = 180/(7·Pn) 중 어느 하나를 만족하는 전동기.
제4항 또는 제5항에 있어서,

각 영구 자석(33)의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석(33)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층(34)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ5, 및 제2 비자성층(35)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ6은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ5 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ6 ≤ 180×2/(5·Pn)

이며,

나아가, 각 영구 자석(33)의 둘레 방향 단부, 또는 각 영구 자석(33)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층(34) 및 제2 비자성층(35)과 회전자 표면에 끼워지는 회전자 철심부 폭에는 변곡점을 가지고, 각각의 변곡점과 극 간이 이루는 각도 θ7, θ8은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ7 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ8 ≤ 180×2/(7·Pn)

이며, 게다가 각도 θ5, θ6, θ7, θ8의 관계는,

θ7 < θ5 < θ8 < θ6

인 전동기.
제8항에 있어서,

각도 θ5는 0 < θ5 < 180/(5·Pn)이고, 각도 θ6은 θ6 = 180/(5·Pn)이며, 각도 θ7은 0 < θ7 < 180/(7·Pn)이고, 각도 θ8은 θ8 = 180/(7·Pn)인 전동기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 영구 자석(13)(14)(43)(44)은 반경 방향으로 복수층으로 분할되어 이루어지는 것인 전동기.
제10항에 있어서,

상기 각 영구 자석(13)(14)은 반경 방향으로 2층으로 분할되고, 회전자 내주(內周) 측에서의 영구 자석(13)의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석(13)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ3, 및 회전자 외주(外周) 측에서의 영구 자석(14)의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석(14)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ4가, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ3 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ4 ≤ 180×2/(5·Pn)

또는

0 < θ3 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ4 ≤ 180×2/(7·Pn)

인 전동기.
제11항에 있어서,

각도 θ3, θ4가, (i) 0 < θ3 < 180/(5·Pn) 또한 θ4 = 180/(5·Pn) 또는 (ii) 0 < θ3 < 180/(7·Pn) 또한 θ4 = 180/(7·Pn) 중 어느 하나를 만족하는 전동기.
제10항에 있어서,

상기 각 영구 자석(43)(44)은 반경 방향으로 2층으로 분할되고, 회전자 내주 측에서의 영구 자석(43)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ9, 및 회전자 외주 측에서의 영구 자석(44)의 회전자 표면에 근접한 부분의 극 중심 근처의 단부와, 극 간이 이루는 각도 θ10은, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ9 < 180/(5·Pn)

또한

180/(5·Pn) ≤ θ10 ≤ 180×2/(5·Pn)

이며,

나아가, 회전자 내주 측에서의 영구 자석(43)의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석(43)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층, 및 회전자 외주 측에서의 영구 자석(44)의 둘레 방향 단부, 또는 영구 자석(44)의 둘레 방향 단부에 연속 또는 근접한 비자성층과 회전자 표면에 끼워지는 회전자 철심부 폭에는 변곡점을 가지고, 각각의 변곡점과 극 간이 이루는 각도 θ11, θ12는, 극쌍수를 Pn으로 하였을 때,

0 < θ11 < 180/(7·Pn)

또한

180/(7·Pn) ≤ θ12 ≤ 180×2/(7·Pn)

이며, 게다가 각도 θ9, θ10, θ11, θ12의 관계는,

θ11 < θ9 < θ12 < θ10

인 전동기.
제13항에 있어서,

각도 θ9는 0 < θ9 < 180/(5·Pn)이고, 각도 θ10은 θ10 = 180/(5·Pn)이며, 각도 θ11은 0 < θ11 < 180/(7·Pn)이고, 각도 θ12는 θ12 = 180/(7·Pn)인 전동기.