KR100821545B1 - 영구 자석 매설형 회전 전기 기기, 카에어컨용 모터 및 밀폐형 전동 압축기 - Google Patents

Abstract

복수의 영구 자석의 자극 중심부에 각각 대응하는 회전자의 외주의 복수의 부분에는, 복수의 원주부가 형성된다. 각 원주부는, 회전자의 회전 중심 축선과 동심의 가상 원주면의 일부를 이룬다. 복수의 원주부는, 둘레 방향에서 서로 이간되어 있다. 복수의 볼록 형상부의 각각은, 각 인접하는 한 쌍의 원주부를 잇는다. 각 볼록 형상부는, 상기 가상 원주면보다 직경 방향 내측에 위치함과 함께 직경 방향 외측을 향하여 볼록이다. 각 볼록 형상부는, 직경 방향 외측을 향하여 볼록한 복수의 모서리부를 갖고 있다. 따라서, 출력 토크의 평균치의 저하를 억제함과 함께, 릴럭턴스 토크를 출력 토크의 평균치의 향상에 이용하지 않는 구성의 회전 전기 기기가 제공된다.

Description

영구 자석 매설형 회전 전기 기기, 카에어컨용 모터 및 밀폐형 전동 압축기{PERMANENT MAGNET EMBEDDED ROTATING ELECTRIC MACHINE, CAR AIR CONDITIONER MOTER, AND ENCLOSED ELECTRIC COMPRESSOR}

도 1a 는, 본 발명을 구체화한 제 1 실시형태에 관련된 모터의 고정자 및 회전자의 정단면도이다.

도 1b 는, 도 1a 의 부분 확대 정단면도이다.

도 2 는, 도 1a 의 고정자 및 회전자의 측단면도이다.

도 3 은, 도 1a 의 고정자의 사시도이다.

도 4 는, 도 1a 의 고정자에 있어서의 권선의 파권을 설명하는 도면이다.

도 5 은, 도 1b 의 보다 상세한 단면도이다.

도 6 은, 도 5 의 확대 단면도이다.

도 7a 는, 실시 회전자 (15) 및 제 1∼제 4 비교 회전자 (21∼24) 의 토크 정수의 FEM (유한 요소법) 해석예를 나타내는 그래프이다.

도 7b 는, 실시 회전자 (15) 및 제 1∼제 4 비교 회전자 (21∼24) 의 토크 리플의 FEM 해석예를 나타내는 그래프이다.

도 8a 는, 티스에 작용하는 힘을 설명하기 위한 그래프이다.

도 8b 는, 토크 변동을 설명하기 위한 그래프이다.

도 9a 및 도 9b 는, 실시 회전자 (15) 의 보조 자극을 설명하기 위한 그래프이다.

도 9c 는, 도 9a 의 경우에 티스에 작용하는 힘을 설명하기 위한 그래프이다.

도 9d 는, 도 9b 의 경우에 티스에 작용하는 힘을 설명하기 위한 그래프이다.

도 10 은, 릴럭턴스 토크 이용률을 나타내는 그래프이다.

도 11 은, 브리지간 각도 (Θb) 와 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 12a 및 도 12b 는, 토크 리플의 차수 성분비를 나타내는 막대 그래프이다.

도 13 은, 단일한 티스에 관한 릴럭턴스 토크의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 14a 는, 합성 릴럭턴스 토크의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 14b 는, 자석 토크의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 14c 는, 합성 토크 파형을 나타내는 그래프이다.

도 15a 는, 도 6 의 실시 회전자 (15) 의 에어갭 (gh1) 의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 15b 는, 도 17 의 제 5 비교 회전자 (25) 의 에어갭 (gh2) 의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 16 은, 제 1 비교 회전자 (21) 의 출력 토크의 변동을 나타내는 그래프이다.

도 17 은, 제 5 비교 회전자 (25) 의 부분 단면도이다.

도 18a 및 도 18b 는, 곡선 (Q1rm) 에 있어서의 토크 리플과 곡선 (Q2rm) 에 있어서의 토크 리플의 차이를 설명하기 위한 그래프이다.

도 19a 및 도 19b 는, 곡선 (Q1rm) 에 있어서의 토크 리플과 곡선 (Q2rm) 에 있어서의 토크 리플의 차이를 설명하기 위한 그래프이다.

도 20a∼도 20f 는, 곡선 (Q1rm) 에 있어서의 토크 리플과 곡선 (Q2rm) 에 있어서의 토크 리플의 차이를 설명하기 위한 그래프이다.

도 21a 는, 제 1 비교 회전자 (21) 를 나타내는 부분 정단면도이다.

도 21b 는, 제 2 비교 회전자 (22) 를 나타내는 부분 정단면도이다.

도 21c 는, 제 3 비교 회전자 (23) 를 나타내는 부분 정단면도이다.

도 21d 는, 제 4 비교 회전자 (24) 를 나타내는 부분 정단면도이다.

도 22a∼도 22c 는, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 를 1 이하로 하는 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위의 결정을 설명하기 위한 그래프이다.

도 23a∼도 23c 는, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 를 1 이하로 하는 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위의 결정을 설명하기 위한 그래프이다.

도 24 는, 실시 회전자 (15) 의 각도폭 (θc) 을 변화시킨 경우의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 변화의 FEM 해석예를 나타내는 그래프이다.

도 25 는, 실시 회전자 (15) 의 각도폭 (θc) 을 변화시킨 경우의 토크 리플 률비 (Rx／Ri) 의 변화의 FEM 해석예를 나타내는 그래프이다.

도 26a∼도 26c 는, 18 차 성분을 0.7 배 이하로 하는 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위의 결정을 설명하기 위한 그래프이다.

도 27a∼도 27c 는, 18 차 성분을 0.7 배 이하로 하는 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위의 결정을 설명하기 위한 그래프이다.

도 28a∼도 28c 는, 토크 리플에 있어서의 기본 차수 (18 차 성분) 성분의 크기를 36 차 성분의 크기 이하로 하는 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위의 결정을 설명하기 위한 그래프이다.

도 29 는, 실시 회전자 (15) 의 각도폭 (θc) 을 변화시킨 경우의 토크 리플의 18 차 성분에 있어서의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 와, 토크 리플의 36 차 성분에 있어서의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 차의 변화의 FEM 해석예를 나타내는 그래프이다.

도 30a 는, 본 발명의 제 2 실시형태의 모터의 부분 단면도이다.

도 30b 및 도 30c 은 도 30a 의 부분 확대도이다.

도 31 은, 본 발명이 적용되는 압축기 전체의 측단면도이다.

[특허문헌 1]

일본 공개특허공보 2001-69701호

[특허문헌 2]

일본 공개특허공보 2002-95194호

[특허문헌 3]

일본 공개특허공보 2002-136011호

[특허문헌 4]

일본 공개특허공보 2004-260972호

본 발명은, 권선을 실시한 고정자의 내측에서 회전하는 회전자의 내부에, 복수의 영구 자석이 자극으로서 매설되어 있는 영구 자석 매설형 회전 전기 기기에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 그러한 회전 전기 기기를 구비한 카에어컨용 모터 및 밀폐형 전동 압축기에 관한 것이다.

이 종류의 회전 전기 기기의 회전자의 내부에는, 복수의 영구 자석이 회전자의 둘레 방향에 인접하도록 매설되어 있다. 회전자의 둘레 방향에 인접하는 한 쌍의 영구 자석은, 자극이 서로 다른 배치가 되도록 설정되어 있다. 인접하는 한 쌍의 영구 자석 사이의 부위 (자극 전환부) 에서는 급격한 자속 밀도 변동이 발생되기 때문에, 토크 맥동이 생기고, 이것이 회전 전기 기기의 진동 및 소음을 발생시킨다.

특허문헌 1 의 모터에서는, 토크 맥동을 억제하기 위해서, 회전자의 반직경은 둘레 방향에서 인접하는 한 쌍의 영구 자석 사이의 부위 (자극 전환부) 에서 최소가 된다. 또한, 회전자의 반직경이 각 영구 자석의 중심부 (자극 중심부) 에서 최대가 되도록, 회전자의 외주 형상은 정현파 형상이다.

특허문헌 2 의 모터에서는, 회전자의 반직경이, 둘레 방향에서 인접하는 한 쌍의 영구 자석 사이의 부위 (자극 전환부) 에서 최소가 되고, 또한, 자극 중심부에서 최대가 되도록 회전자의 외주 중 자극 중심부에 대응하는 부분은, 외향으로 돌출한 원호 형상이다.

특허문헌 3 의 모터에서는, 회전자의 외주 중 자극 중심부에 대응하는 부분의 형상을, 회전자의 회전 중심 축선과 동심의 원주부로 하고 있다. 또한, 회전자의 외주 중, 2 개의 영구 자석이 인접하는 자극단끼리에 대응하는 부분을, 홈 형상으로 하고 있다.

특허문헌 4 의 모터에서는, 주자극부와 보조 자극부가 둘레 방향에 교대로 배치되어 있다. 회전자의 외주는, 주자극부에 대응하는 제 1 곡선 부분과, 보조 자극부에 대응하는 제 2 곡선 부분을 교대로 접속함으로써 구획되어 있다. 제 2 곡선 부분의 곡률은, 제 1 곡선 부분의 곡률보다 크게 되어 있다. 제 1 곡선 부분과 제 2 곡선 부분으로서, 원호를 채용한 예가 개시되어 있다.

그러나, 상기 특허문헌 1 및 상기 특허문헌 2 의 모터에서는, 고정자의 티스와 회전자의 외주 사이의 공극이 최소가 되는 개소는, 회전자의 횡단면 외주상 중, 자극 중심부에 대응하는 점 형상의 부분만이 된다. 따라서, 양 문헌의 모터의 토크 정수 (단위 전류당의 출력 가능 토크) 는, 회전자의 외주 반직경이 일정한 경우와 비교하여, 작아지고 만다.

상기 특허문헌 3 의 모터에서는, 고정자의 티스와 회전자의 외주 사이의 공극이, 상기 원주부에서의 값과 상기 홈 형상 부분에서의 값에서 크게 변화한다. 이 때문에, 토크 맥동을 억제하는 것이 어렵다. 홈이 깊으면, 상기 특허문헌 3 의 모터의 토크 정수는, 상기 특허문헌 1 및 상기 특허문헌 2 의 모터의 토크 정수보다 더욱 작아지고 만다.

상기 특허문헌 4 의 모터에서는, 당해 문헌의 도 1 에 나타내는 바와 같이, 회전자의 주자극간의 철심부를 넓게 해 둔다. 즉, 릴럭턴스 토크를 이용하기 쉬운 구조로 되어 있다. 따라서, 출력 토크의 평균치의 저하를 억제하면서, 모터의 소리나 진동을 저감할 수 있는 기술이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은, 출력 토크의 평균치의 저하를 억제함과 함께, 릴럭턴스 토크를 출력 토크의 평균치의 향상에 이용하지 않는 구성 (즉, 주자극간의 철심부가 좁은 구성) 의 영구 자석 매설형 회전 전기 기기를 제공하는 것에 있다. 자극간을 넓게 설정하는 토크 맥동 [이하, 토크 리플 (출력 토크의 변동폭) 이라고 칭한다〕가 악화되어 버리므로, 그렇게 되는 것을 억제한다. 또한, 토크 파형을 고차수화시킴으로써, 토크 리플을 저감시켜 소리나 진동을 저감시킨다. 본 발명은, 또한 카에어컨용 모터 및 밀폐형 전동 전압기에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 고리형의 고정자를 구비하는 회전 전기 기기를 제공한다. 고정자는, 그 고정자의 내주를 따라 복수 배열된 티스를 갖는다. 인접하는 티스 사이에 슬롯이 형성된다. 회전 전기 기기는, 상기 슬롯에 형성된 권선과, 상기 고정자에 의해 둘러싸이는 회전자와, 그 회전자의 내부에 매설된 복수의 영구 자석을 구비한다. 각 영구 자석은 자극 중심부를 갖는다. 복수의 상기 자극 중심부에 각각 대응하는 상기 회전자의 외주의 복수의 부분에는, 복수의 원주부가 형성된다. 각 원주부는, 상기 회전자의 회전 중심 축선과 동심의 가상 원주면의 일부를 이룬다. 상기 복수의 원주부는, 둘레 방향에 있어서 서로 이간되어 있다. 복수의 볼록 형상부의 각각은, 각 인접하는 한 쌍의 상기 원주부를 잇는다. 각 볼록 형상부는, 상기 가상 원주면보다 직경 방향 내측에 위치함과 함께 직경 방향 외측을 향하여 볼록이다. 각 볼록 형상부는, 직경 방향 외측을 향하여 볼록한 복수의 모서리부를 갖고 있다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 이하의 상세한 설명과, 본 발명의 특징을 설명하기 위해 부수된 도면에 의해서 분명해질 것이다.

본 발명의 신규한 것으로 생각되는 특징은, 특히 첨부한 청구의 범위에 있어서 분명해진다. 목적 및 이익을 수반하는 본 발명은, 이하에 나타내는 현시점에서의 바람직한 실시형태의 설명을 첨부한 도면과 함께 참조함으로써, 이해될 것이다.

이하, 본 발명을 구체화한 제 1 실시형태를 도 1∼도 29 에 기초하여 설명한다.

도 1a 에 나타내는 바와 같이, 고정자 (11) 는 고리형의 코어 (12) 와, 코어 (12) 의 내주에 복수 배열된 티스 (121) 사이의 슬롯 (122) 에 실시된 코일 (13) 로 이루어진다. 본 실시형태에서는, 티스 (121) 및 슬롯 (122) 의 개수는, 18개이다. 슬롯 (122) 은, 고리형의 고정자 (11) 의 둘레 방향에 등피치 (등각도 피치) 로 배열되어 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 코어 (12) 는, 자성체 (강판) 제의 복수매의 코어판 (14) 을 적층하여 구성되어 있다. 슬롯 (122) 에 실시된 코일 (13) 은, 파권으로 감겨 있다.

일반적으로, 극수 (極數) 를 p (정수), 상수를 m (정수), 매극 매상당 슬롯수를 q (q＝0.5, 1, 1.5, 2, 2.5… 와 같이 0.5 간격), 고정자의 슬롯수를 K 로 한 경우, 하기의 관계식이 성립한다.

K＝q×p×m

예를 들어, 3 상, q＝1 인 경우에는, 슬롯수 (K) 와 극수 (p) 의 관계는, 4 극 12 슬롯, 6 극 18 슬롯, 8 극 24 슬롯 등이 된다. 예를 들어, 3 상, q＝1.5 인 경우에는 슬롯수 (K) 와 극수 (p) 의 관계는, 4 극 18 슬롯, 6 극 27 슬롯, 8 극 36 슬롯 등이 된다.

상기 예시 중에서, 6 극 18 슬롯을 갖는 파권을 들어 도 3, 도 4 에서 설명한다. 고정자 (11) 에 있어서의 파권은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 인버터 (10) 의 U 상의 단자 (101) 에 접속되는 U 상 코일선 (부호 13U 로 나타낸다) 은, 제 1 슬롯 (부호 122U 로 나타낸다) 의 군에 통해 있다. 인버터 (10) 의 V 상의 단자 (102) 에 접속되는 U 상 코일선 (부호 13V 로 나타낸다) 은, 제 2 슬롯 (부호 122V 로 나타낸다) 의 군에 통해 있고, 인버터 (100) 의 W 상 단자 (103) 에 접속되는 W 상 코일선 (부호 13W 으로 나타낸다) 은, 제 3 슬롯 (부호 122W 로 나타낸다) 의 군에 통해 있다. 각 코일선 (13U, 13V, 13W) 의 실선 부분은, 도 4 의 지면에 대하여 고정자 (11) 의 앞측의 단면에 배선된 부분이고, 각 코일선 (13U, 13V, 13W) 의 파선 부분은, 도 4 의 지면에 대하여 고정자 (11) 의 맞은편의 단면에 배선된 부분이다. 각 코일선 (13U, 13V, 13W) 의 실선 부분과 파선 부분의 이음 부분은, 슬롯 (122U, 122V, 122W) 을 통해 있다. 부호 N 은, 각 코일선 (13U, 13V, 13W) 의 종단을 결선한 중성점을 나타낸다.

도 1a 에 나타내는 바와 같이, 실시 회전자 (15) 는, 코어 (16) 와, 코어 (16) 내에 매설된 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 의 평판 형상의 영구 자석 (17A, 17B) 으로 이루어진다. 복수의 영구 자석 (17A, 17B) 은 전부 동일 형태 동일 크기이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 코어 (16) 는, 자성체 (강판) 제의 복수매의 코어판 (18) 을 적층하여 구성되어 있다. 코어 (16) 의 중심부에는 축공 (161) 이 관통 형성되어 있다. 축공 (161) 에는 출력축 (도시 생략) 이 통과되어 코어 (16) 에 고정된다.

도 1a 에 나타내는 바와 같이, 복수조의 제 1 영구 자석 (17A) 과 제 2 영구 자석 (17B) 은 각각 축공 (161) 이 연신하는 방향을 따라 코어 (16) 에 관설된 복수의 수용공 (162) 에 끼워 넣어져 있고, 영구 자석 (17A , 17B) 은 실시 회전자 (15) 의 둘레 방향에 인접하도록 코어 (16) 내에 자극으로서 매설되어 있다. 실시 회전자 (15) 의 둘레 방향에 인접하는 한 쌍의 영구 자석 (17A, 17B) 의 자극은 서로 다르다. 즉, 복수의 영구 자석 (17A, 17B) 은 둘레 방향에 교대로 다른 극성이 되도록 매설되어 있다.

각 영구 자석 (17A, 17B) 은 제 1 자극단 (171) 과, 제 2 자극단 (172) 과, 제 1 자극단 (171) 과 제 2 자극단 (172) 사이의 중간 위치에 있는 자극 중심부 (173) 를 갖는다. 영구 자석 (17A) 의 자극 중심부 (17) 를 통하는 실시 회전자 (15) 의 반직경선 (151A) 은, 평판 형상의 영구 자석 (17A) 에 대하여 직교한다. 마찬가지로, 영구 자석 (17B) 의 자극 중심부 (173) 를 통과하는 실시 회전자 (15) 의 반직경선 (151B) 은, 평판 형상의 영구 자석 (17B) 에 대하여 직교한다. 실시 회전자 (15) 의 회전 중심 축선 (C) 에 연결되는 반직경선 (151A, 151B) 은 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로서 등각도 간격 (60°) 이다. 영구 자석 (17A, 17B) 은 실시 회전자 (15) 의 회전 중심선 (C) 으로부터 등거리의 위치에 있고, 영구 자석 (17A, 17B) 은 실시 회전자 (15) 의 둘레 방향에 등피치로 배열되어 있다.

수용공 (162) 의 양단 (자극단 (171, 172) 의 근방) 에는 공간 (163) 이 형성되어 있다. 수용공 (162) 에 영구 자석 (17A, 17B) 이 수용된 상태에서는, 영구 자석 (17A, 17B) 의 양단에, 자로 단락 방지용 공간 (163) 이 남겨진다.

도 1b 에 나타내는 바와 같이, 반직경선 (151A, 151B) 을 중심으로 한 각도폭 (A) 에 상당하는 실시 회전자 (15) 의 외주의 부분은, 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 하는 반직경 (R) 의 원주부 (19A, 19B) 로서 형성되어 있다. 반직경선 (151A) 은 원주부 (19A) 의 둘레 방향 중심 (191) 에 교차하고 있고, 반직경선 (151B) 은 원주부 (19B) 의 둘레 방향 중심 (191) 에 교차하고 있다. 즉, 원주부 (19A, 19B) 의 제 1 단 가장자리 (192) 를 통하는 반직경선 (152) 과 반직경선 (151A, 151B) 사이의 각도폭은, 원주부 (19A, 19B) 의 제 2 단 가장자리 (193) 를 통하는 반직경선 (153) 과 반직경선 (151A, 151B) 사이의 각도폭과 동일하다. 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 하여 제 1 단 가장자리 (192) 와 제 2 단 가장자리 (193) 를 통하는 원주면을, 가상 원주면 E 라고 부른다.

원주부 (19A, 19B) 의 둘레 방향 중심 (191) 은 반직경선 (151A, 151B) 상에 있고, 반직경선 (151A, 151B) 은 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 하여 등각도 간격 (60°) 이다. 즉, 원주부 (19A, 19B) 는 둘레 방향에 등피치에 배열되어 있고, 원주부 (19A, 19B) 는 영구 자석 (17A, 17B) 의 자극 중심부 (173) 에 대응하고 있다.

영구 자석 (17A) 에 대응하는 원주부 (19A) 와, 영구 자석 (17B) 에 대응하는 원주부 (19B) 는 서로 이간되어 있다. 원주부 (19A) 는, 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측으로 볼록인 볼록 형상부 (20) 에 의해서, 인접하는 원주부 (19B) 에 이어져 있다.

원주부 (19A) 의 제 2 단 가장자리 (193; 또는 제 1 단 가장자리 (192)) 와 원주부 (19B) 의 제 1 단 가장자리 (192; 또는 제 2 단 가장자리 (193)) 와 연결되는 볼록 형상부 (20) 는, 제 1 평면 (H1) 과, 제 2 평면 (H2) 과, 제 3 평면 (H3) 을 연결하여 형성되어 있다. 제 1 평면 (H1) 은, 제 1 단 가장자리 (192) 와 제 2 단 가장자리 (193) 를 잇는 평면 (H) 에 대하여 평행하다. 제 2 평면 (H2) 은, 제 1 평면 (H1)의 제 1 가장자리와, 제 1 단 가장자리 (192) 를 잇는다. 제 3 평면 (H3) 은, 제 1 평면 (H1) 의 제 2 가장자리와, 제 2 단 가장자리 (193) 를 잇는다. 도 1b 에서는, 평면 (H), 제 1 평면 (H1), 제 2 평면 (H2) 및 제 3 평면 (H3) 은 각각, 회전 중심 축선 (C) 에 대하여 직교하는 가상 평면 (도 1b 의 지면) 의 교차부로서, 즉 직선으로 표시되어 있다. 이하에 있어서는, 평면 (H) 을 직선 (H) 에, 제 1 평면 (H1) 을 제 1 직선 (H1) 에, 제 2 평면 (H2) 을 제 2 직선 (H2) 에, 제 3 평면 (H3) 을 제 3 직선 (H3) 으로 바꾸어 놓고 기재할 수도 있다.

인접하는 제 1 직선 (H1) 과 제 2 직선 (H2) 은, 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측을 향하여 볼록한 둔각 형상의 모서리부 (H11) 를 형성하고, 인접하는 제 1 직선 (H1) 과 제 3 직선 (H3) 은, 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측을 향하여 볼록한 둔각 형상의 모서리부 (H12) 를 형성한다.

볼록 형상부 (20) 의 제 1 직선 (H1) 의 중앙은, 제 1 영구 자석 (17A) 과 제 2 영구 자석 (17B) 사이에 위치하는 자극 교체부 (164) 에 대응한다. 즉, 티스 (121) 와 실시 회전자 (15) 의 외주 사이의 공극의 크기 (즉, 원주면 (E) 과 실시 회전자 (15) 의 외주 사이의 간격) 는, 인접하는 한 쌍의 영구 자석 (17A, 17B) 사이에 위치하는 자극 교체부 (164) 에 대응하는 공극 (G) 이 가장 크다. 즉, 실시 회전자 (15) 의 반직경은, 공극 (G) 에 대응하는 부분에서 최소이다.

도 5 에는, 회전 중심선 (C) 과, 볼록 형상부 (20) 의 중간 위치 (201) 를 잇는 볼록 형상부 반직경선 (154) 이 나타나 있다. 중간 위치 (201) 는, 원주부 (19A, 19B) 의 제 1 단 가장자리 (192) 와 제 2 단 가장자리 (193) 사이의 볼록 형상부 (20) 상의 한가운데의 위치이다. 즉, 볼록 형상부 반직경선 (154) 은, 볼록 형상부 (20) 를 둘레 방향으로 2 등분할하도록 볼록 형상부 (20) 에 위치한다. 이하에 있어서는, 볼록 형상부 반직경선 (154) 을 2 등분할선 (154) 으로 기재할 수도 있다.

볼록 형상부 반직경선 (154) 의 길이는, 볼록 형상부 (20) 와 회전 중심 축선 (C) 과의 최소거리이다. 이하, 볼록 형상부 (20) 와 회전 중심 축선 (C) 과의 최소거리 (즉, 볼록 형상부 반직경선 (154) 의 길이) 를 최소 거리 (Rmin) 라고 적는다. Dh 는, 원주면 (E) 의 중간 위치 (190) 와, 중간 위치 (201) 사이의 직선 거리를 나타낸다. 중간 위치 (190) 는, 제 1 단 가장자리 (192) 및 제 2 단 가장자리 (193) 사이의 원주면 (E) 을 2 등분할하고, 볼록 형상부 반직경선 (154) 의 연장선 형상 상으로 있다. Dh 는, 원주부 (19A, 19B) 의 반직경 (R) 과, 최소 거리 (Rmin) 의 차를 나타낸다.

제 1 직선 (H1) 은, 볼록 형상부 반직경선 (154) 에 상기 가상 평면 (도 1b 의 지면) 내에서 직교하고, 또한, 중간 위치 (190) 로부터 직경 방향에 관하여 차 (Dh) 만큼 떨어져 있다. 이하, Dh 를 깊이 (Dh) 로 기재한다. 제 1 직선 (H1) 의 중간 위치 (201) 로부터 제 1 직선 (H1) 의 제 1 단 가장자리 (제 1 모서리부 (Hl1)) 에 이르는 거리와, 제 2 단 가장자리 (제 2 모서리부 (H12)) 에 이르는 거리는 동일하다. 따라서, 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 한 제 2 직선 (H2) 의 각도폭과, 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 한 제 3 직선 (H3) 의 각도폭은 동일 크기의 각도폭 (θc) 이 된다.

볼록 형상부 (20) 는, 원주면 (E) 보다 내측, 또한 직선 (H) 보다 외측의 범위 내에서, 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측을 향하여 돌출하고 있다. 원주면 (E) 은 원주부 (19A, 19B) 를 포함하고, 반직경 (R) 을 갖는다. 직선 (H) 은 제 1 단 가장자리 (192) 과 제 2 단 가장자리 (193) 를 잇는다. 즉, 볼록 형상부 (20) 는, 원주면 (E) 과 직선 (H) 사이의 영역 내 (원주면 (E) 상 및 직선 (H) 상을 제외한 영역에서 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측을 향하여 돌출하고 있다. 즉, 모서리부 (H11, H12; 제 1 직선 (H1) 의 양단 가장자리) 는 원주면 (E) 보다 직경 방향 내측에 위치하고, 또한 직선 (H) 보다 직경 방향 외측에 위치한다. 그리고, 제 2 직선 (H2) 과 제 3 직선 (H3) 은, 볼록 형상부 (20) 를 둘레 방향으로 2 등분할하는 2 등분할선 (154) 에 관하여 경영(鏡映) 대칭 (좌우 대칭) 의 관계에 있고, 한 쌍의 모서리부 (H11, H12) 는 2 등분할선 (154) 에 관해서 경영(鏡映) 대칭 (좌우 대칭) 의 관계에 있다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 직선 (H2, H3) 을 모서리부 (H11, H12) 로부터, 원주면 (E) 에 교차하는 위치 (E2, E3) 까지 연장한 연장선을 H21, H31 이라고 부른다. 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 중 양측의 직선 (H2, H3) 의 길이는, 연장선 (H21, H31) 보다 길다.

각 볼록 형상부 (20) 는, 제 1 직선 (H1), 제 2 직선 (H2) 및 제 3 직선 (H3) 을 연결하여 형성되고, 각 볼록 형상부 (20) 는 모두 동일 형태 동일 크기이다. 이하 직선 (H) 과 회전 중심 축선 (C) 과의 최소 거리를, 최소 거리 (Hr) [도 5 로 도시] 로 기재한다.

도 6 에 나타내는 Dmax 는, 중간 위치 (Ho) 와 중간 위치 (190) 의 직선 거리를 나타내고, 반직경 (R) 과 최소 거리 (Rmin) 의 차를 나타낸다. 이하, Dmax 를 가상 최대차 (Dmax) 로 기재한다. 가상 최대차 (Dmax)＝R×{1-cos (〔(360°／p)-A〕／2)} 이고, 깊이 (Dh)는 가상 최대차 (Dmax) 보다 작다. A 는, 각 원주부 (19A, 19B) 의 각도폭이다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 회전 중심 축선 (C) 으로부터, 제 1 영구 자석 (17A) 을 수용하는 수용공 (162) 의 일부인 단락 방지 공간 (163) 의 구획 벽면과 교차하여 제 1 직선 (H1) 에 이르는 직선은, 단락 방지 공간 (163) 의 구획 벽면 상에 있는 점 (165) 과, 제 1 직선 (H1) 상의 점 (204) 을 잇는 선분 (Br1) 을 포함한다. 마찬가지로, 회전 중심 축선 (C) 으로부터 제 2 영구 자석 (17B) 을 수용하는 수용공 (162) 의 일부인 단락 방지 공간 (163) 의 구획 벽면과 교차하여 제 1 직선 (H1) 에 도달하는 직선은, 단락 방지 공간 (163) 의 구획 벽면 상에 있는 점 (166) 과, 제 1 직선 (H1) 상의 점 (205) 을 잇는 선분 (Br2) 을 포함한다. 도 6 은, 제 1 직선 H1, 제 2 직선 H2, 및 제 3 직선 H3 을 각각 평행 이동하여 얻어진 2 점 쇄선을 나타낸다.

Bmin1 은, 점 (165) 과 점 (204) 의 직선 거리를 나타내고, Bmin2 는, 점 (166) 과 점 (205) 의 직선 거리를 나타내고, Bmin1＝Bmin2 이다.

도 5 및 도 6 에 나타내는 Θb 는, 회전 중심 축선 (C) 과 기점 (165) 을 잇는 반직경선 (155) 과, 회전 중심 축선 (C) 과 기점 (166) 을 잇는 반직경선 (156) 사이의 각도폭을 나타낸다. 즉, Θb 는 기점 (165) 과 기점 (166) 이 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 하여 이루는 각도폭을 나타낸다. 기점 (165) 은, 인접하는 한 쌍의 수용공 (162) 중의 일방과 볼록 형상부 (20) 사이의 선분 (Br1) 의, 상기 일방의 수용공 (162) 에 있어서의 기점이다. 기점 (166) 은, 인접하는 한 쌍의 수용공 (162) 중의 타방과 볼록 형상부 (20) 사이의 선분 (Br2) 의 상기 타방의 수용공 (162) 에 있어서의 기점이다. 이하, Θb 를 브리지간 각도 (Θb) 로 기재한다.

브리지간 각도 (Θb) 를 특정하는 기점 (165, 166) 은 아래와 같이 규정된다. 직선 (H1) 을 평행 이동하여, 제 1 영구 자석 (17A) 을 수용하는 수용공 (162) 의 구획 벽면에 접하는 점을, 임시로 H01 으로 기재하고, 직선 (H3) 을 평행 이동하여, 제 1 영구 자석 (17A) 을 수용하는 수용공 (162) 의 구획 벽면과 접하는 점을, 임시로 H30 으로 기재한다. 이들의 2 점 (H01, H30) 중, 직선 (H1) 과 점 (H01) 사이의 거리와, 직선 (H3) 과 점 (H30) 사이의 거리 중 짧은 쪽의 점이 기점 (165) 으로서 채용된다. 직선 (H1) 을 평행 이동하여, 제 2 영구 자석 (17B) 을 수용하는 수용공 (162) 의 구획 벽면과 접하는 점을, 임시로 H02 로 기재하고, 직선 (H2) 을 평행 이동하여, 제 2 영구 자석 (17B) 을 수용하는 수용공 (162) 의 구획 벽면과 접하는 점을, 임시로 H20 으로 기재한다. 이들의 2 점 (H02, H20) 중 직선 (H1) 과 점 (H02) 사이의 거리와, 직선 (H2) 과 점 (H20) 사이의 거리 중 짧은 쪽의 점이, 기점 (166) 으로서 채용된다.

수용공 (162) (공간 (163)) 의 형상에 따라서는, 상기의 점 (H01, H30, H02 또는 H20) 이, 복수 혹은 무수(無數)로 존재하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 각도폭 (Θb) 이 복수 또는 무수로 존재한다. 상기 브리지 사이의 각도 (Θb) 라는 것은, 선분 (Br1) 에 대응하는 기점 (165) 과, 선분 (Br2) 에 대응하는 기점 (166) 이, 회전중심축선 (C) 을 중심으로 하여 이루어지는 각도폭 중, 최대의 각도폭을 나타낸다.

도 7a 의 막대 그래프는, 실시 회전자 (15) 의 토크 정수와, 비교예로서 도 21a∼도 21d 에 나타내는 제 1 비교 회전자 (21)∼제 4 비교 회전자 (24) 의 토크 정수를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타낸다. 토크 정수란, 회전 전기 기기의 출력 토크의 평균치를, 전류의 실효치로 나눈 값인 것이다. 도 7b 의 막대 그래프는, 실시 회전자 (15) 의 토크 리플과, 제 1∼제 4 비교 회전자 (21∼24) 의 토크 리플의 FEM 해석예를 나타낸다. 토크 리플이란, 출력 토크의 변동폭의 크기인 것이다. 실시 회전자 (15) 및 제 1∼제 4 비교 회전자 (21∼24) 는, 모두 동일한 고정자 (11) 에 삽입된다. 영구 자석 (17A, 17B) 의 배치 및 크기는, 제 1∼제 4 비교 회전자 (21∼24) 중 어느 경우도, 실시 회전자 (15) 의 경우와 동일하다.

이들의 FEM 해석예에 있어서의 공통적인 조건은,

ㆍ영구 자석 (17A, 17B) 의 폭 (17W; 도 5 에 도시) 이 코어 (16; 실시 회전자 (15)) 의 원주부 (19A, 19B) 의 반직경 (R)보다 작은 것,

ㆍ에어갭 g〔원주부 (19A, 19B) 와 티스 (121) 사이의 공극의 크기, 도 5 에 도시〕＝0.5mm,

ㆍ극수 (p)＝6,

ㆍ슬롯 (122) 의 개수＝p×3＝18 이다.

도 21a 에 나타내는 바와 같이, 제 1 비교 회전자 (21) 의 외주는, 반직경 (R) 의 원주면 (E) 이다. 도 21b 에 나타내는 바와 같이, 제 2 비교 회전자 (22) 의 외주는, 반직경 (R) 의 원주부 (19A, 19B) 와, 인접하는 원주부 (19A) 와 원주부 (19B) 를 잇는 평면 (H; 직선 (H)) 으로 이루어진다. 도 21c 에 나타내는 바와 같이, 제 3 비교 회전자 (23) 의 외주는, 반직경 (R) 의 원주부 (19A, 19B) 와, 인접하는 원주부 (19A) 와 원주부 (19B) 를 잇는 오목 형상부 (231) 로 이루어진다. 오목 형상부 (231) 는, 평면 (H) 보다 직경 방향 내측에 오목한 원호면이다. 도 21d 에 나타내는 바와 같이, 제 4 비교 회전자 (24) 의 외주는, 인접하는 영구 자석 (17A, 17B) 사이의 자극 교체부 (164) 에서 제 4 비교 회전자 (24) 의 반직경이 최소가 되고, 또한 자극단 (171, 172) 사이의 자극 중심부 (173) 에서 제 4 비교 회전자 (24) 의 반직경이 최대가 되도록, 정현파 형상의 주면 (정현파 형상부 (241)) 으로 하고 있다. 제 4 비교 회전자 (24) 의 반직경 선 (151A, 151B) 의 길이는 R 이다. 제 4 비교 회전자 (24) 의 정현파 형상부 (241) 와 회전중심축선 (C) 과의 최소거리는, 제 2 비교회전자 (22) 의 직선 (H) 과 회전중심축선 (C) 과의 최소거리보다도 크며, 실시회전자 (15) 의 오목 형상부 (231) 와 회전중심축선 (C) 과의 최소거리보다도 작다.

도 7a 의 그래프에 있어서의 막대 (B1) 는, 도 21a 에 있어서의 제 1 비교 회전자 (21) 의 경우의 토크 정수를 1 로서 나타내고 있다. 도 7a 의 그래프에 있어서의 막대 (Bo) 는, 실시 회전자 (15) 의 토크 정수를, 막대 (B1) 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 막대 (B2) 는, 도 21b 에 있어서의 제 2 비교 회전자 (22) 의 토크 정수를, 막대 (B1) 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 막대 (B3) 는, 도 21c 에서의 제 3 비교 회전자 (23) 의 토크 정수를, 막대 (B1) 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 막대 (B4) 는, 도 21d 에서의 제 4 비교 회전자 (24) 의 토크 정수를, 막대 (B1) 에 대한 비율로서 나타내고 있다.

도 7b 의 그래프에 있어서의 막대 (D1) 는, 제 1 비교 회전자 (21) 의 토크 리플을 1 로서 나타내고 있다. 막대 (Do) 는, 실시 회전자 (15) 의 토크 리플을, 막대 (D1) 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 막대 (D2) 는, 제 2 비교 회전자 (22) 의 토크 리플을, 막대 (D1) 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 막대 (D3) 는, 제 3 비교 회전자 (23) 의 토크 정수를, 막대 (D1) 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 막대 (D4) 는, 제 4 비교 회전자 (24) 의 토크 정수를 막대 (D1) 에 대한 비율로서 나타내고 있다.

도 8a 의 그래프는, 회전자의 회전 위치와, 임의의 1 개의 티스 (121) 에 작 용하는 힘의 관계를 나타낸다. 파형 (Δ) 은, 이상적인 예를 나타낸다. 파형 (Δ) 과 가로축은 2 등변 삼각형을 형성하고 있고, 이 2 등변 삼각형의 저변은, 가로축 상의 시단과 종단의 각도 간격이 40°인 것을 나타낸다. 모든 티스 (121) 에 관한 이러한 파형 (Δ) 을 합성하면, 도 8b 의 그래프에 있어서의 수평인 직선 (TΔ) 이 얻어진다. 즉, 1 개의 티스 (121) 에 작용하는 힘의 파형이 파형 (Δ) 이면, 출력 토크는 일정 (TΔ) 해지고, 토크 리플은 0 이 된다.

도 8a 의 그래프에 있어서의 파형 (EX) 은, 도 21a 의 제 1 비교 회전자 (21) 의 회전 위치와, 제 1 비교 회전자 (21) 의 임의의 1 개의 티스 (121) 에 작용하는 힘의 관계를 나타낸다. 제 1 비교 회전자 (21) 의 모든 티스 (121) 에 관한 이러한 파형 (Eλ) 을 합성하면, 도 8b 의 그래프에 있어서의 합성 파형 (Te) 이 얻어진다. 즉, 1 개의 티스 (121) 에 작용하는 힘이 파형 (EX) 으로 표시되는 힘이면, 토크 리플이 0 이 아닌 출력 토크가 발생된다. 즉, 파형 (EX) 의 형상을 파형 (Δ) 의 형상에 가까이 하면 가까이 할 수록, 회전 전기 기기의 토크 리플을 작게 할 수 있다.

실시 회전자 (15) 에 대해서, 상기한 공통의 해석 조건 및 브리지간 각도 (Θb)＝5.2°의 조건 하에서 FEM 해석한 결과, 토크 리플률 (Ri) 을 산출한다. 토크 리플률이란, 토크 리플 (출력 토크의 변동폭의 크기) 을 출력 토크의 평균치로 나눈 값이다. 실시 회전자 (15) 의 해당 토크 리플률 (Ri) 은 도 21a 의 제 1 비교 회전자 (21) 에 대해서 상기한 공통의 해석 조건 및 브리지간 각도 (Θb)＝10°의 조건 하의 FEM 해석 결과의 토크 리플률보다 작다. 이하, 도 21a 의 제 1 비교 회전자 (21) 를 사용하여 상기한 공통의 해석 조건 및 브리지간 각도 (Θb)＝5.2°의 조건 하의 FEM 해석 결과의 토크 리플률 (Ri) 에 대한, 어떤 토크 리플률 (Rx) 의 비율 (Rx／Ri) 을 토크 리플률이라고 하는 것으로 한다. 토크 리플률비 (Rx／Ri) 는 토크 리플률 (Rx) 에 정비례한다.

도 9a 의 그래프에 있어서의 곡선 (Z1) 은, 각도폭 (A)＝28°, 각도폭 (θc)＝13°, 브리지간 각도 (Θb) 를 5.2°로 한 경우의, 실시 회전자 (15) 의 외주면에 있어서의 자속 밀도의 분포를 나타낸다. 가로축은, 자극 교체부 (164) 에 대응하는 볼록 형상부 (20) 의 중간 위치 (201) 와, 이웃하는 볼록 형상부 (20) 의 중간 위치 (201) 사이의 각도 위치를 나타내고, 세로축은 자속 밀도를 나타낸다. 중간 위치 (201) 의 각도 위치는, 0°또는 60°이다. 도 9c 의 그래프에 있어서의 EX1 는, 브리지간 각도 (Θb) 를 5.2°로 한 경우에, 실시 회전자 (15) 의 회전 위치와, 실시 회전자 (15) 의 1 개의 티스 (121) 에 작용하는 힘의 관계를 나타낸다.

도 9b 의 그래프에 있어서의 곡선 (Z2) 은, 각도폭 (A)＝28°, 각도폭 (θc)＝13, 브리지간 각도 (Θb) 를 12°로 한 경우의, 실시 회전자 (15) 의 외주면에 있어서의 자속 밀도의 분포를 나타낸다. 가로축은, 자극 교체부 (164) 에 대응하는 볼록 형상부 (20) 의 중간 위치 (201) 와, 이웃하는 볼록 형상부 (20) 의 중간 위치 (201) 사이의 각도 위치를 나타내고, 세로축은 자속 밀도를 나타낸다. 도 9d 의 그래프에 있어서의 Eλ2 는, 브리지간 각도 (Θb) 를 12°로 한 경우에, 실시 회전자 (15) 의 회전 위치와, 실시 회전자 (15) 의 1 개의 티스 (121) 에 작 용하는 힘의 관계를 나타낸다.

도 9a∼도 9d 는, 모두 FEM 해석에 의해서 얻은 결과이다. 도 9a 에서는, 자속 밀도가 0 이 되는 실시 회전자 (15) 의 외주면의 영역 (실시 회전자 (15) 의 외주면 위치를 나타내는 가로축 상에 있어서, 0 보다 큰 범위의 영역) 은 없지만, 도 9b 에서는, 자속 밀도가 0 이 되는 실시 회전자 (15) 의 외주면의 영역이 존재한다. 곡선 (Eλ1) 은, 곡선 (Eλ2) 에 비교하여 파형 (Δ) 의 형상에 가깝다. 즉, 자속 밀도의 분포에 있어서 0 이 되는 영역이 없는 경우 (이하, 보조 자극이 없는 상태라고 한다. 도 9a 및 도 9c 참조) 에서는, 자속 밀도의 분포에 있어서 0 이 되는 영역이 있는 경우 (이하, 보조 자극이 있는 상태라고 한다. 도 9b 및 도 9d 참조) 에 비교하여 토크 리플이 작아진다.

도 1b 에 도시하는 각도폭 (Φ) 은, 제 1 영구 자석 (17A) 에 인접하는 단락 방지 공간 (163) 과, 이것에 인접하는 제 2 영구 자석 (17B) 에 인접하는 단락 방지 공간 (163) 사이의, 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 한 각도폭이다. 즉, 각도폭 (Φ) 은, 인접하는 한 쌍의 단락 방지 공간 (163) 에 선접촉하는 반직경선 (157, 158; 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 하는 반직경선) 사이의 각도이다. 각도폭 (Φ) 의 크기는 브리지간 각도 (Θb) 의 크기 이하이다. 각도폭 (Φ) 을 10°로 한 경우에도, 보조 자극이 없는 상태가 되는 것이 FEM 해석에 의해 확인되고 있다. 즉, 브리지간 각도 (Θb) 를 10°로 한 경우에도, 보조 자극이 없는 상태가 된다.

보조 자극이 있는 상태에서는, 출력 토크의 평균치에 대한 릴럭턴스 토크가 차지하는 비율 (이하, 릴럭턴스 토크 사용률이라고 한다) 은, 보조 자극이 없는 상태에 대하여 향상된다. 도 10 의 그래프에 있어서의 FEM 해석 결과에 의하면, 브리지간 각도 (Θb) 가 10°를 넘으면, 릴럭턴스 토크 사용률이 급경사를 이루며 상승하고 있음을 알 수 있다. 도 10 의 그래프에 있어서의 흑점은 실데이터이다.

즉, 보조 자극이 있는 상태에서 릴럭턴스 토크를 유효하게 활용하는 구성 (예를 들어, 특허문헌 4 의 도 1 에 개시되어 있는 구성) 에서는, 1 개의 티스에 작용하는 힘 (Eλ) 이 비뚤어지고, 힘 (EX) 의 형상이 파형 (Δ) 의 형상으로부터 멀리 떨어져, 토크 리플이 악화되고 만다.

이에 대하여, 본 발명에서는, 보조 자극이 없는 상태로 하고 있다 (도 9a 및 도 9c). 이에 따라서, 릴럭턴스 토크에 의한 출력 토크의 평균치의 향상을 적게 하여, 1 개의 티스에 작용하는 힘 (Eλ) 을 파형 (Δ) 에 가깝게 하여 토크 리플의 저감을 도모하고 있다.

도 11 의 그래프는, 브리지간 각도 (Θb) 에 따른 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 변화를 나타낸다. 각도폭 (Δ) 은 28°, 각도폭 (θc) 은 13°이다. 도 11 은, FEM 해석에 의해서 얻은 결과이고, 도 11 의 그래프에 있어서의 흑점은 실데이터이다. 도 11 의 그래프에서 보면, 브리지간 각도 (Θb) 를 10°이하로 하면, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 는 1 이하가 된다.

브리지간 각도 (Θb) 를 10° 이하로 함으로써, 주자석폭을 크게 취할 수 있고, 출력 토크의 평균치의 저하를 억제할 수 있다.

도 12a 는, 볼록 형상부 (20) 를 사용한 경우의 출력 토크를 푸리에 급수 전개하고, 그에 따라서 얻어지는 특정한 차수에 있어서의 토크 리플의 차수 성분비를 나타내는 막대 그래프이다. 브리지간 각도 (Θb) 는 5.2°로 설정되어 있고, 각도폭 (Δ) 은 28°로 설정되어 있다. 깊이 (Dh)는 0.3mm 로 설정되어 있고, 각도폭 (θc) 은 13°로 설정되어 있다.

도 12b 는, 도 17 에 나타나는 제 5 비교 회전자 (25) 의 출력 토크를 푸리에 급수 전개하여, 그에 따라 얻어지는 특정한 차수에 있어서의 토크 리플의 차수 성분비를 나타내는 막대 그래프이다. 브리지간 각도 (Θb) 는 5.2°로 설정되어 있고, 각도폭 (Δ) 은 26°로 설정되어 있다. 깊이 (Dh)는 0.5mm 로 설정되어 있다. 도 12a 및 도 12b 는, FEM 해석에 의해서 얻은 결과이다.

도 17 에 나타내는 제 5 비교 회전자 (25) 의 외주면은, 인접하는 원주부 (19A) 와 원주부 (19B) 를, 볼록 형상부 (26) 에 의해서 이어져 형성되어 있다. 볼록 형상부 (26) 는, 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측으로 볼록 형상으로 되어 있다.

제 1 원주부 (19A) 의 제 2 단 가장자리 (193; 또는 제 1 단 가장자리 (192)) 와 제 2 원주부 (19B) 의 제 1 단 가장자리 (192; 또는 제 2 단 가장자리 (193)) 와 연결되는 볼록 형상부 (26) 는, 원주부 (19A, 19B) 의 반직경 (R) 보다 큰 반직경의 원호 둘레면이다. 각 볼록 형상부 (26) 는, 어느 것이나 동일 형태 동일 크기이다. 따라서, 볼록 형상부 (26) 는 원주부 (19A, 19B) 를 포함하는 반직경 (R) 의 원주면 (E) 보다 직경 방향 내측, 그리고 제 1 단 가장자리 (192) 와 제 2 단 가장자리 (193) 를 잇는 평면 (H) 보다 직경 방향 외측의 범위 내에서, 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측을 향하여 돌출하고 있다. 즉, 볼록 형상부 (26) 는, 원주면 (E) 과 평면 (H) 사이의 영역내 (원주면 (E) 상 및 평면 (H) 상을 제외한다) 에서 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측을 향하여 돌출하고 있다.

볼록 형상부 (26) 의 돌출단 (261) 은, 제 1 영구 자석 (17A) 과 제 2 영구 자석 (17B) 사이에 위치하는 자극 교체부 (164) 에 대응한다. 즉, 티스 (121) 와 제 5 비교 회전자 (25) 의 외주 사이의 공극의 크기 (즉, 원주면 (E) 과 제 5 비교 회전자 (25) 의 외주와의 사이의 간격) 는, 자극 교체부 (164) 에 대응하는 공극 (G) 이 가장 크다. 즉, 제 5 비교 회전자 (25) 의 반직경은 공극 (G) 에 대응하는 부분에서 최소이다.

도 12a 에 있어서의 막대 (L1) 는 기본 차수 (＝18) 에 있어서의 토크 리플의 차수 성분비를 나타낸다. 막대 (L2) 는 기본 차수의 2 배의 차수 (＝36) 에 있어서의 토크 리플의 차수 성분비를 나타내고, 막대 (L3) 는 기본 차수의 3 배의 차수 (＝54) 에 있어서의 토크 리플의 차수 성분비를 나타낸다.

도 12b 에서의 막대 (L4) 는 기본 차수 (＝18) 에 있어서의 토크 리플의 차수 성분비를 나타낸다. 막대 (L5) 는 기본 차수의 2 배의 차수 (＝36) 에 있어서의 토크 리플의 차수 성분비를 나타내고, 막대 (L6) 는 기본 차수의 3 배의 차수 (＝54)에 있어서의 토크 리플의 차수 성분비를 나타낸다. 또, 막대 (L4) 에 있어서의 토크 리플의 차수 성분비를 1 로 하고 있다.

도 12a 및 도 12b 의 FEM 해석 결과에 따르면, 토크 리플을 크게 좌우하는 기본 차수 (＝18) 에 있어서의 차수 성분은, 볼록 형상부 (20) 를 갖는 실시 회전자 (15; 도 12a 의 막대 (L1)) 쪽이, 도 17 에 있어서의 제 5 비교 회전자 (25; 도 12b 의 막대 (L4)) 의 경우보다 작다.

도 13 은, 단일 티스 (121) 에 관한 릴럭턴스 토크의 변화를 나타내는 그래프이다. 곡선 (Qr11) 은, 볼록 형상부 (20) 를 갖는 실시 회전자 (15) 를 사용한 경우의 릴럭턴스 토크의 변화를 나타내고, 곡선 (Qr21) 은 도 17 에 있어서의 제 5 비교 회전자 (25) 를 사용한 경우의 릴럭턴스 토크의 변화를 나타낸다.

도 14a 의 그래프에 있어서의 곡선 (Qr12) 은, 실시 회전자 (15) 의 개개의 티스 (121; 18 개) 에 관한 도 13 의 곡선 (Qrl1) 을 합성하여 얻어진 합성 릴럭턴스 토크의 변화를 나타낸다. 곡선 (Qr22) 은, 제 5 비교 회전자 (25) 의 개개의 티스 (121; 18 개) 에 관한 도 13 의 곡선 (Qr21) 을 합성하여 얻어진 합성 릴럭턴스 토크의 변화를 나타낸다.

도 14b 의 그래프에 있어서의 곡선 (Qm1) 은, 실시 회전자 (15) 를 사용한 경우의 영구 자석 (17A, 17B) 에 관한 토크 (이하, 자석 토크라고 한다) 의 변화를 나타내는 그래프이다. 곡선 (Qm2) 은, 제 5 비교 회전자 (25) 를 사용한 경우의 영구 자석 (17A, 17B) 에 관한 자석 토크의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 14c 의 그래프에 있어서의 곡선 (Q1rm) 은, 도 14a 의 곡선 (Qr12) 과, 도 14b 의 곡선 (Qm1) 을 합성한 토크 파형이다. 도 14c 의 그래프에 있어서의 곡선 (Q2rm) 은, 도 14a 의 곡선 (Qr22) 과, 도 14b 의 곡선 (Qm2) 을 합성한 토크 파형이다. 즉, 곡선 (Q1rm) 은, 볼록 형상부 (20) 를 갖는 실시 회전자 (15) 를 사용한 경우에 FEM 해석에 의해서 얻어지는 토크 파형이고, 곡선 (Q2rm) 은, 도 17 의 제 5 비교 회전자 (25) 를 사용한 경우에 FEM 해석에 의해서 얻어지는 토크 파형이다. 도 16 의 그래프에 있어서의 곡선 (Θ) 은, 도 21a 의 제 1 비교 회전자 (21) 를 사용한 경우에 FEM 해석에 의해서 얻어지는 토크 파형이다. 토크 파형의 곡선 (Q1rm) 에 있어서의 토크 리플과, 토크 파형의 곡선 (Z) 에 있어서의 토크 리플의 차이는 명백하다.

곡선 (Q1rm, Q2rm) 을 비교하여 보면, 곡선 (Q1rm) 에 의해서 표시되는 토크 리플이 곡선 (Q2rm) 에 의해서 표시되는 토크 리플보다 작은 것을 알 수 있다. 이 차이는, 도 14a 의 곡선 (Qr12) 에 있어서의 고조부 (Qro12) 의 고조 정도와, 곡선 (Qr22) 에 있어서의 고조부 (Qro22) 의 고조 정도의 차이에 기초한다. 고조부 (Qro12, Qro22) 의 고조 정도의 차이는 에어갭 (gh1; 볼록 형상부 (20) 와 티스 (121) 사이의 공극의 크기로서 도 6 에 도시) 의 변화와, 에어갭 (gh2; 볼록 형상부 (26) 와 티스 (121) 사이의 공극의 크기로서 도 17 에 도시) 의 변화의 차이에 주로 기인한다.

도 15a 의 그래프에 있어서의 곡선 (Gh1) 은 에어갭 (gh1) 의 변화를 나타내고, 도 15b 의 그래프에 있어서의 곡선 (Gh2) 은 에어갭 (gh2) 의 변화를 나타낸다. 곡선 (Gh2) 으로 표시되는 에어갭 (gh2) 의 변화는, 단조 증대로부터 극대로 이행한 후에 단조 감소로 이행하는 패턴이다. 곡선 (Gh1) 으로 표시되는 에어갭 (gh1) 의 변화는, 단조 감소로부터 단조 증대로 급격히 반전하는 한 쌍의 반 전부 (ho) 를 갖는 패턴이다. 한 쌍의 반전부 (ho) 는, 모서리부 (H11, H12) 의 존재에 의해서 발생된다. 즉, 모서리부 (H11, H12) 의 존재가 곡선 (Qr12) 에 있어서의 고조부 (Qro12) 의 고조를 크게 한다.

이러한 고조부 (Qro12) 를 갖는 합성 릴럭턴스 토크의 곡선 (Qr12) 과, 자석 토크의 곡선 (Qm1) 의 합성은, 도 14c 에 곡선 (Q1rm) 으로 나타내는 바와 같이, 토크 리플을 저감시킨다. 고조부 (Qro22) 를 갖는 합성 릴럭턴스 토크의 곡선 (Qr22) 과, 자석 토크의 곡선 (Qm2) 의 합성도, 도 14c 에 곡선 (Q2rm) 으로 나타내는 바와 같이, 토크 리플을 저감시킨다. 그러나, 도 14c 에 곡선 (Q1rm) 으로 표시되는 토크 리플의 저감 정도는, 도 14c 에 곡선 (Q2rm) 으로 표시되는 토크 리플의 저감 정도에 비교하여 작다.

곡선 (Q1rm) 에 있어서의 토크 리플과 곡선 (Q2rm) 에 있어서의 토크 리플의 차이에 대해서, 도 18∼도 20 에 기초하여 이하에 상세히 설명한다.

곡선 (Q1rm) 에 있어서의 토크 리플과 곡선 (Q2rm) 에 있어서의 토크 리플이 다른 이유는, 이하의 2 점이다.

〈1〉릴럭턴스 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 진폭과, 자석 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 진폭의 차는, 곡선 (Q1rm) 쪽이 곡선 (Q2rm) 보다 작다.

〈2〉릴럭턴스 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 위상과, 자석 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 위상의 차는, 곡선 (Q1rm) 쪽이 곡선 (Q2rm) 보다 역위상에 가깝다.

도 18a 의 그래프에 있어서의 곡선 (Π1) 은, 실시 회전자 (15) 를 사용한 경우의 자석 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 파형을 나타내고, 곡선 (Π2) 은 실시 회전자 (15) 를 사용한 경우의 릴럭턴스 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 파형을 나타낸다. 곡선 (Π1) 은, 가로축 (회전 위치) 과 좌측의 세로축 (TL; 토크의 크기) 에 의해서 표시되는 좌표 상에 있고, 곡선 (Π2) 은, 가로축 (회전 위치) 과 우측의 세로축 (TR; 토크의 크기) 에 의해서 표시되는 좌표 상에 있다.

도 18b 의 그래프에 있어서의 곡선 (Ω1) 은, 제 5 비교 회전자 (25; 도 17 참조) 를 사용한 경우의 자석 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 파형을 나타내고, 곡선 (Ω2) 은 제 5 비교 회전자 (25) 를 사용한 경우의 릴럭턴스 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 파형을 나타낸다. 곡선 (Ω1) 은, 가로축 (회전 위치) 과 좌측의 세로축 (TL; 토크의 크기) 에 의해서 표시되는 좌표 상에 있고, 곡선 (Ω2) 은 가로축 (회전 위치) 과 우측의 세로축 (TR; 토크의 크기) 에 기초하여 나타나는 좌표 상에 있다.

상기한 〈1〉,〈2〉의 이유 (특징) 는, 실시 회전자 (15) 를 사용한 경우의 도 18a 의 곡선 (Π1, Π2) 과, 제 5 비교 회전자 (25) 를 사용한 경우의 도 18b 의 곡선 (Ω1, Ω2) 을 비교하면 분명하다.

실시 회전자 (15) 를 사용한 경우의 합성 릴럭턴스 토크의 파형 (Qr12; 도 14a 참조) 인 경우, 상기한 (1), (2) 의 특징을 구비하고 있다. 그 때문에, 합성 릴럭턴스 토크의 파형 (Qr12) 과 자석 토크의 곡선 (Qm1) 을 합성하면, 기본 차 수 (18 차) 성분이 없어지고 36 차 성분이 남아, 고차수화가 현저히 이루어지고 있다.

제 5 비교 회전자 (25) 를 사용한 경우의 합성 릴럭턴스 토크의 파형 (Qr22; 도 14a 참조) 의 경우, 상기한 〈1〉,〈2〉의 특징에 의해, 합성 릴럭턴스 토크의 파형 (Qr22) 과 자석 토크의 곡선 (Qm2) 을 합성하면, 기본 차수 (18 차) 성분의 없어짐 정도가 작고, 곡선 (Q2rm) 의 토크 리플이 곡선 (Q1rm) 에 비교하여 커져 버린다.

상기한 이유 〈1〉에 대해서 상세히 설명한다.

제 5 비교 회전자 (25) 를 사용한 경우에는, 에어갭 변화는 도 15b 에 나타내는 바와 같이 매끄러운 변화가 된다. 밖으로 볼록한 원호로 극간부가 구성되어 있기 때문에, 릴럭턴스 토크 변동은 매끄럽고 작아지고, 파장의 기조가 되는 회전 18 차 성분은, 자석 토크 파형의 회전 기본 차수 (18 차) 의 성분 파형의 진폭에 대하여 일반적으로 작아진다. 모서리부 (H11, H12) 를 구비한 실시 회전자 (15) 를 사용한 경우에는, 모서리부 (H11, H12) 가 존재함으로써 에어갭 (gh1) 이 도 15a 에 나타낸 바와 같이 된다. 이러한 에어갭 변화가 합성 릴럭턴스 토크의 18 차 성분 및 36 차 성분을 현저하게 한다.

도 19a 에 있어서의 막대 그래프는, 곡선 (Qr12) 의 푸리에 급수 전개의 결과를 나타내고, 도 19b 에 있어서의 막대 그래프는, 곡선 (Qr22) 의 푸리에 급수 전개의 결과를 나타낸다. 막대 (Bo1) 는, 곡선 (Qr12) 을 푸리에 급수 전개하여 얻어진 18 차 성분의 크기를 나타내고, 막대 (Bo2) 는 곡선 (Qr12) 을 푸리에 급수 전개하여 얻어진 36 차 성분의 크기를 나타낸다. 막대 (B51) 는, 곡선 (Qr22) 을 푸리에 급수 전개하여 얻어진 18 차 성분의 크기를 나타내고, 막대 (B52) 는, 곡선 (Qr22) 을 푸리에 급수 전개하여 얻어진 36 차 성분의 크기를 나타낸다. 도 19a 및 도 19b 에서 분명한 바와 같이, 곡선 (Qr12) 에 있어서의 18 차 성분은 곡선 (Qr22) 에 있어서의 18 차 성분보다 크고, 곡선 (Qr12) 에 있어서의 36 차 성분은 곡선 (Qr22) 에 있어서의 36 차 성분보다 크다. 이 결과는, 릴럭턴스 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 진폭이, 자석 토크에 있어서의 기본 차수 (18 차) 의 성분의 진폭과 동등해지는데 유리하게 작용한다.

다음으로, 상기한 이유 〈2〉에 대해서 상세히 설명한다.

릴럭턴스 토크에 있어서의 18 차 성분의 파형의 위상은, 고조부 (Qro12) 의 발생 위치에 의해서 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 20d 에 있어서의 파형 (Π6) 과 도 20e 에 있어서의 파형 (Π7) 을 생각한다. 파형 (Π6) 은, 도 20a 의 정현파 (Π3) 에 도 20b 의 파형 (Π4) 을 더하여 생성한 모델 파형이고, 파형 (Π7) 은, 도 20a 의 정현파 (Π3) 에 도 20c 의 파형 (Π5) 을 더하여 생성한 생성한 모델 파형이다. 도 20d, 도 20e 에 있어서의 파형 (Π6, Π7) 은 동일한 정현파 (Π3) 에 대하여 발생 위치가 다른 고조부 (Qro) 를 갖는 파형이다.

도 20f 에 있어서의 파형 (Π8) 은, 도 20d 의 파형 (Π6) 으로부터 추출한 18 차 성분 파형이고, 도 20f 에 있어서의 파형 (Π9) 은, 도 20e 의 파형 (Π7) 으로부터 추출한 18 차 성분 파형이다. 도 20f 에서 분명한 바와 같이, 18 차 성분파형 (Π8) 의 위상과 18 차 성분 파형 (Π9) 의 위상은 다르다. 즉, 고조 부 (Qro) 의 위치를 바꿈으로써, 18 차 성분 파형 (Π8, Π9) 의 위상을 조정할 수 있다. 즉, 모서리부 (H11, H12) 의 위치를 적절히 설정함으로써, 릴럭턴스 토크의 18 차 성분을 자석 토크의 18 차 성분의 역위상으로 조정할 수 있다.

이와 같이, 모서리부 (H11, H12) 를 갖지 않는 제 5 비교 회전자 (25) 에서는, 18 차 성분 및 36 차 성분을 현저히 할 수 없고, 또한, 릴럭턴스 토크의 18 차 성분의 위상을 조정할 수는 없다. 따라서, 제 5 비교 회전자 (25) 에서는, 실시 회전자 (15) 의 경우와 다르고, 현저한 고차수화는 달성할 수 없다.

제 1 실시형태에서는 이하의 효과가 얻어진다.

(1) 도 7a 의 그래프로부터 분명한 바와 같이, 실시 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토크 정수는, 외주가 반직경 일정 (＝R) 의 제 1 비교 회전자 (21) 인 경우에 있어서의 토크 정수와 거의 변함이 없다. 실시 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토크 정수는, 제 2∼제 4 비교 회전자 (22∼24) 의 각 경우에 있어서의 토크 정수보다 크다. 즉, 제 2∼제 4 비교 회전자 (22∼24) 의 각 경우에 있어서의 토크의 저하는, 실시 회전자 (15) 의 경우보다 크고, 특히 제 3∼제 4 비교 회전자 (23∼24) 의 각 경우에 있어서의 토크의 저하가 현저하다.

도 7b 의 그래프로부터 분명한 바와 같이, 실시 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토크 리플은, 외주가 반직경 일정 (＝R) 의 제 1 비교 회전자 (21) 인 경우에 있어서의 토크 리플에 비교하여 크게 저하되어 있다. 제 2∼제 4 비교 회전자 (22∼24) 의 각 경우에 있어서의 토크 리플도, 제 1 비교 회전자 (21) 의 경우에 있어서의 토크 리플에 비교하여 작지만, 실시 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토 크 리플은, 제 2∼제 3 비교 회전자 (22∼23) 의 각 경우에 있어서의 토크 리플과 비교해도 작다. 제 4 비교 회전자 (24) 에 있어서의 토크 리플은, 실시 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토크 리플과 동일한 정도의 크기이지만, 도 7a 의 그래프로부터 분명한 바와 같이 제 4 비교 회전자 (24) 의 경우에 있어서의 토크는, 실시 회전자 (15) 의 경우에 비교하여 크게 떨어진다.

도 7a 및 도 7b 에 나타내는 FEM 해석 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시 회전자 (15) 는, 토크의 크기 및 토크 리플의 억제에 관해서, 다른 제 1∼제 4 비교 회전자 (21∼24) 보다 우수하다. 고정자 (11) 의 티스 (121) 와 실시 회전자 (15) 의 외주 사이의 공극을 원주부 (19A, 19B) 의 전체에 걸쳐 최소가 되는 구성은, 토크의 저하의 회피에 기여한다. 실시 회전자 (15) 의 외주면에서의 자속 변동을 매끄럽게 하는 볼록 형상부 (20) 는, 토크 리플의 억제에 기여함과 함께, 토크의 저하의 회피에도 기여한다. 즉, 토크의 크기 및 토크 리플의 억제에 관해서, 실시 회전자 (15) 가 다른 제 1∼제 4 비교 회전자 (21∼24) 보다 우수하다는 결과는, 떨어져 인접하는 원주부 (19A, 19B) 를 볼록 형상부 (20) 에 의해서 잇는다는 구성에 의해서 발생된다.

(2) 볼록 형상부 (20) 는, 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 을 연결하여 형성되어 있다. 도 7b 의 FEM 해석 결과로부터 분명한 바와 같이, 한 쌍의 모서리부 (H11, H12) 가 형성되도록 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 을 연결하여 형성된 볼록 형상부 (20) 는 토크 리플의 억제에 바람직하다.

(3) 도 14c 에 나타내는 바와 같이, 모서리부 (H11, H12) 를 갖는 볼록 형상 부 (20) 를 구비한 실시 회전자 (15) 와, 원호 형상의 볼록 형상부 (26) 를 구비한 제 5 비교 회전자 (25) 는, 모두 자석 토크와 합성 릴럭턴스 토크의 합성에 의해서, 출력 토크의 파형의 고차수화를 초래하고 있다. 그러나, 출력 토크의 고차수화에 의한 토크 리플의 저감 효과는, 모서리부 (H11, H12) 를 갖는 볼록 형상부 (20) 를 구비한 실시 회전자 (15) 쪽이 원호 형상의 볼록 형상부 (26) 를 구비한 제 5 비교 회전자 (25) 보다 높다.

즉, 출력 토크를 푸리에 급수 전개한 경우, 도 12a 및 도 12b 의 그래프로부터 분명한 바와 같이, 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 을 연결하여 형성된 볼록 형상부 (20) 를 갖는 실시 회전자 (15) 의 출력 토크의 기본 차수 성분에 있어서의 토크 리플은, 원호 형상의 볼록 형상부 (26) 를 갖는 제 5 비교 회전자 (25) 의 그것보다 작다. 즉, 한 쌍의 모서리부 (H11, H12) 를 갖는 볼록 형상부 (20) 는, 실시 회전자 (15) 의 외주면에서의 자속 변동을 매끄러운 모양으로 하는 것에 기여하여, 토크 리플이 억제된다.

(4) 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 중 양측의 직선 (H2, H3) 의 길이는, 연장선 (H21, H31; 도 6 에 도시) 보다 길다. 이러한 구성이, 도 15a 에 곡선 (Gh1) 으로 나타내는 에어갭 (gh1) 의 변화를 가져온다. 직선 (H2, H3) 을 연장선 (H21, H31) 보다 길게 한 구성은, 출력 토크의 기본 차수 성분의 토크 리플을 저감하도록 출력 토크를 고차수화하는 데에 있어서 유리하다.

(5) 브리지간 각도 (Θb) 를 0＜Θb≤10°의 범위로 설정하는 구성에서는, 보조 자극이 없는 상태가 되고, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 가 1 이하가 된다. 따 라서, 토크 리플 (출력 토크의 변동폭의 크기) 을 출력 토크의 평균치로 나눈 값 (토크 리플률) 이 작아진다. 즉, 브리지간 각도 (Θb) 를 0＜Θb≤10°의 범위로 설정하는 구성은, 보조 자극이 없는 상태를 초래하여 토크 리플 (출력 토크의 변동폭의 크기) 을 억제하는 데에 있어서 바람직하다.

(6) 도 7a 및 도 7b 의 해석 결과는 원주부 (19A, 19B) 가 둘레 방향에 등피치로 배치되어 있는 것을 전제로 하여 얻어지고 있다. 즉, 복수의 원주부 (19A, 19B) 를 등피치로 배치한 구성은, 토크의 저하 방지 및 토크 리플을 억제하는데 바람직한 구성이다.

(7) 티스 (121) 와 실시 회전자 (15) 의 외주 사이의 최대의 공극은, 인접하는 한 쌍의 영구 자석 (17A, 17B) 사이에 위치하는 자극 전환부 (164) 에 대응하는 공극 (G) 이다. 자극 교체부 (164) 에 대응하는 공극 (G) 을 가장 크게 한 구성은, 급격한 자속 밀도 변동을 완화하여 토크 리플의 억제에 기여한다.

(8) 고정자 (11) 의 권선 방식을 3상의 파권으로 한 구성은, 진동 억제에 유리하다.

(9) 브리지간 각도 (Θb)＝5.2°는 토크 리플률의 저감 효과를 충분히 끌어 내고, 또한 자극간의 강도를 확보하는 데에 있어서 가장 적합하다.

다음으로, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 가 1 이하가 되는 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 범위에 대해서 도 22a∼도 24 에 기초하여 설명한다.

도 24 의 그래프는, 실시 회전자 (15) 를 사용하여 각도폭 (θc) 을 변화시킨 경우의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 변화의 FEM 해석예를 나타낸다. 도 24 의 그래프의 가로축은 각도폭 (θc) 의 값을 나타내고, 세로축은 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 값을 나타낸다. 그래프 중의 흑점은, FEM 해석에 의해서 얻어진 실데이터이다.

도 24 의 그래프에 있어서의 실데이터 Γ1(1) 및 실데이터군 Γ1(2), Γ1(3), Γ1(4), Γ1(6), Γ1(10), Γ1(13) 은

ㆍ이 순서대로 각도폭 A＝14°, 16°, 18°, 20°, 24°, 28°, 32°로 한 조건,

ㆍ상기 공통적인 해석 조건, 및

ㆍ반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)＝0.7mm 의 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R＝0.7mm／25.5mm〕로 한 조건

의 기초로 얻어진 데이터이다.

도 23a 의 그래프는, 도 24 의 그래프에 기초하여 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위를 결정하기 위해서 준비된 설명도이다. 도 23a 에 있어서의 가로축은 각도폭 (A) 을 나타내고, 세로축은 각도폭 (θc) 을 나타낸다. 도 23a 에 흑점으로 나타내는 실데이터군은, 실데이터 Γ1(1) 및 실데이터군 Γ1(2), Γ1(3), Γ1(4), Γ1(6), Γ1(10), Γ1(13) 중, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 가 1 이하가 되는 실데이터만을 나타내고 있다. 직선 (J4) 은, 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)의 비율로서의 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕과 직선 (H; 평면 (H)) 에 의해서 특정되는 각도폭 (A) 의 최대치 Amax (4) 를 나타낸다. 최대치 Amax (4) 는, 이것보다 작은 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕에 의해 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 있지만, 이 이상의 크기의 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕에 의해서는, 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (A) 의 상한을 나타낸다.

직선 (α) 은, 각도폭 (A) 에 의해서 특정되는 각도폭 (θc) 의 상한을 나타낸다. 즉, 직선 (α) 은, 직선 (α) 을 포함하는 상측의 영역에 있어서의 각도폭 (θc) 에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (θc) 의 상한을 나타낸다. 이하, 직선 (α) 을 상한선 (α) 으로 기재한다. 상한선 (α) 은 다음 식 (3) 에 의해서 표시된다.

θc＝(60-A)°／2 ㆍㆍㆍ (3)

도 22a∼도 22c 및 도 23b∼도 23c 의 그래프는, 각도폭 (θc) 을 변화시킨 경우의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 변화를 FEM 해석에 의해서 구한 데이터 (도 24 의 그래프에 상당하는 데이터이고, 도시는 생략하지만 확인되어 있는 데이터) 에 기초하여 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위를 결정하기 위해서 준비된 설명도이다. 도 22a 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝0.1mm 인 경우에 대응하고, 도 22b 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝0.3mm 인 경우에 대응한다. 도 22c 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝0.5mm 인 경우에 대응한다. 도 23b 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝1.0mm 인 경우에 대응하고, 도 23c 의 그래프는 깊이 (Dh)＝1.2mm 인 경우에 대응한다. 반직경 (R) 은, 모두 25.5mm 이다.

도 22a 에 있어서의 직선 (J1) 은, 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh) 의 비율 Dh／R＝0.004〔＝0.1／R〕와 직선 (H; 평면 (H)) 에 의해서 특정되는 각도폭 (A) 의 최대치 Amax (1) 를 나타낸다. 도 22b 에 있어서의 직선 (J2) 은, 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)의 비율 Dh／R＝0.012〔＝0.3／R〕와 직선 (H; 평면 (H)) 에 의해서 특정되는 각도폭 (A) 의 최대치 Amax (2) 를 나타낸다. 도 22c 에 있어서의 직선 (J3) 은 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)의 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R〕과 직선 (H; 평면 (H)) 에 의해서 특정되는 각도폭 (A) 의 최대치 Amax (3) 를 나타낸다.

도 22a 에 있어서의 최대치 Amax (1) 는, 이것보다 작은 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.004〔＝0.1／R〕에 의해서 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 있지만, 이 이상의 크기의 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.004〔＝0.1／R〕 에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (A) 의 상한을 나타낸다. 도 22b 에서의 최대치 Amax (2) 는, 이것보다 작은 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.006〔＝0.3／R〕에 의해서 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 있지만, 이 이상의 크기의 각도폭 (A) 와, 비율 Dh／R＝0.012〔＝0.3／R〕에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (A) 의 상한을 나타낸다. 도 22c 에 있어서의 최대치 Amax (3) 는, 이것보다 작은 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R〕에 의해서 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 있지만, 이 이상의 크기의 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R〕 에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (A) 의 상한을 나타낸다.

도 23a 에 있어서의 최대치 Amax (4) 는 이것보다 작은 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕에 의해서 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 있지만, 이 이 상의 크기의 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (A) 의 상한을 나타낸다. 도 23b 에 있어서의 최대치 Amax (5) 는, 이것보다 작은 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.039〔＝1／R〕에 의해서 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 있지만, 이 이상의 크기의 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.039〔＝1／R〕에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (A) 의 상한을 나타낸다. 도 23c 에 있어서의 최대치 Amax (6) 는, 이것보다 작은 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.047〔＝1.2／R〕에 의해서 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 있지만, 이 이상의 크기의 각도폭 (A) 과, 비율 Dh／R＝0.047〔＝1.2／R〕에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (A) 의 상한을 나타낸다.

최대치 Amax (1), Amax (2), Amax (3), Amax (4), Amax (5), Amax (6) 를 최대치 Amax 라고 총칭하면, 최대치 Amax 는, 다음 식 (4) 으로 표시된다.

Amax＝〔60-2×arccos (1-Dh／R)〕° ㆍㆍㆍ (4)

최대치 Amax 는, 비율 Dh／R＝0.004〔＝0.1／R〕일 때에 최대치 Amax (1) 를 나타내고, 비율 Dh／R＝0.012〔＝0.3／R〕일 때에 최대치 Amax (2) 를 나타낸다. 최대치 Amax 는, 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R〕일 때에 최대치 Amax (3) 를 나타내고, 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕일 때에 최대치 Amax (4) 를 나타낸다. 최대치 Amax 는, 비율 Dh／R＝0.039〔＝1／R〕일 때에 최대치 Amax (5) 를 나타내고, 비율 Dh／R＝0.047〔＝1.2／R〕일 때에 최대치 Amax (6) 를 나타낸다.

도 22a 에 있어서의 직선 (β1) 은, 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)의 비율 Dh／R＝0.004〔＝0.1／R〕과 각도폭 (A) 에 의해서 특정되는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 즉, 직선 (β1) 은, 직선 (β1) 을 포함하는 하측의 영역에 있어서의 각도폭 (θc) 에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 도 22a 에 나타내는 직선 (ξ1) 은, 직선 (β1) 보다 상측에 있다.

도 22b 에 있어서의 직선 (β2) 은, 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)의 비율 Dh／R＝0.0126〔＝0.3／R〕과 각도폭 (A) 에 의해서 특정되는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 즉, 직선 (β2) 은, 직선 (β2) 을 포함하는 하측의 영역에 있어서의 각도폭 (θc) 에 의해서는 볼록 형상부 (20) 을 형성할 수 없다는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 도 22b 에 나타내는 직선 (ξ3) 은, 직선 (β3) 보다 상측에 있다.

도 22c 에 있어서의 직선 (β3) 은, 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)의 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R〕과 각도폭 (A) 에 의해서 특정되는 각도폭 (θC) 의 하한을 나타낸다. 즉, 직선 (β3) 은 직선 (β3) 을 포함하는 하측의 영역에 있어서의 각도폭 (θc) 에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 도 22c 에 나타내는 직선 (ξ3) 은, 직선 (β3) 보다 상측에 있다.

도 23a 에 있어서의 직선 (β4) 은, 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)의 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕과 각도폭 (A) 에 의해서 특정되는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 즉, 직선 (β4) 은 직선 (β4) 을 포함하는 하측의 영역에 있어 서의 각도폭 (θc) 에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 도 23a 에 나타내는 직선 (ξ4) 은, 직선 (β4) 보다 상측에 있다.

도 23b 에 있어서의 직선 (β5) 은, 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)의 비율 Dh／R＝0.039〔＝1／R〕과 각도폭 (A) 에 의해서 특정되는 각도폭 (θC) 의 하한을 나타낸다. 즉, 직선 (β5) 은, 직선 (β5) 을 포함하는 하측의 영역에 있어서의 각도폭 (θc) 에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 도 23b 에 나타내는 직선 (ξ5) 은, 직선 (β5) 보다 하측에 있다.

도 23c 에 있어서의 직선 (β6) 은, 반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)의 비율 Dh／R＝0.047〔＝1.2／R〕과 각도폭 (A) 에 의해서 특정되는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 즉, 직선 (β6) 은, 직선 (β6) 을 포함하는 하측의 영역에 있어서의 각도폭 (θc) 에 의해서는 볼록 형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도폭 (θc) 의 하한을 나타낸다. 도 23c 에 나타내는 직선부 (ξ6) 는, 직선 (β6) 보다 하측에 있다.

이하, 직선 (β1, β2, β3, β4, β5, β6) 을 하한선 (β1, β2, β3, β4, β5, β6) 으로 기재한다. 하한선 (β1, β2, β3, β4, β5, β6) 은, 이하의 식 (5) 에 의해서 표시된다.

θc＝〔60-A-2×arccos(1-Dh／R)〕°／2 ㆍㆍㆍ (5)

arccos (1-Dh／R) 는, (1-Dh／R) 이라는 값을 가져오는 cosσ 에 있어서의 각도 σ 를 나타낸다. 식 (5) 는, 비율 Dh／R＝0.004〔＝0.1／R〕일 때에 하한선 (β1) 을 나타내고, 비율 Dh／R＝0.012〔＝0.3／R〕일 때에 하한선 (β2) 을 나타내고, 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R〕일 때에 하한선 (β3) 을 나타낸다. 식 (5) 는, 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕일 때에 하한선 (β4) 을 나타내고, 비율 Dh／R＝0.039〔＝1／R〕일 때에 하한선 (β5) 을 나타내고, 비율 Dh／R＝0.047〔＝1.2／R〕일 때에 하한선 (β6) 을 나타낸다.

직선 (ξ1, ξ2, ξ3, ξ4, ξ5, ξ6) 은, 이하의 식 (6) 에 의해서 표시된다.

θc＝〔-0.5×A＋(-14.1×Dh＋26.7)〕°ㆍㆍㆍ (6)

식 (6) 은, 비율 Dh／R＝0.004〔＝0.1／R〕일 때에 직선 (ξ1) 을 나타내고, 비율 Dh／R＝0.012〔＝0.3／R〕일 때에 직선 (ξ2) 을 나타내고, 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R〕일 때에 직선 (ξ3) 을 나타낸다. 식 (6) 은, 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕일 때에 직선 (ξ4) 을 나타내고, 비율 Dh／R＝0.039〔＝1／R〕일 때에 직선 (ξ5) 을 나타내고, 비율 Dh／R＝0.047〔＝1.2／R〕일 때에 직선 (ξ6) 을 나타낸다.

도 22a 에서는, 사선 영역에서 나타내는 바와 같이, 비율 Dh／R＝0.004〔＝0.1／R〕인 경우에 있어서의 각도폭 (A) 을, 직선 (δo) 과 직선 (ε1) 사이 (직선 (δo) 보다 우측, 그리고 직선 (ε1) 보다 좌측의 영역) 으로 제한하고, 그리고 각도폭 (θc) 을, 상한선 (α) 과 하한선 (β1) 사이 (상한선 (α) 보다 하측, 그리고 하한선 (β1) 보다 상측의 영역) 으로 제한하면, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 는, 1 이하가 된다.

도 22b 에서는, 사선 영역에서 나타내는 바와 같이, 비율 Dh／R＝0.012〔＝0.3／R〕의 경우에 있어서의 각도폭 (A) 을, 직선 (δo) 과 직선 (ε2) 사이 (직선 (δo) 보다 우측, 또한 직선 (ε2) 보다 좌측의 영역) 으로 제한하고, 또한 각도폭 (θc) 을, 상한선 (α) 과 하한선 (β2) 사이 (상한선 (α) 보다 하측, 그리고 하한선 (β2) 보다 상측의 영역) 으로 제한하면, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 는, 1 이하가 된다.

도 22c 에서는, 사선 영역에서 나타내는 바와 같이, 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R〕의 경우에 있어서의 각도폭 (A) 을, 직선 (δo) 과 직선 (ε3) 사이 (직선 (δo) 보다 우측, 그리고 직선 (ε3) 보다 좌측의 영역) 으로 제한하고, 또한 각도폭 (θc) 을, 상한선 (α) 과 하한선 (β3) 사이 (상한선 (α) 보다 하측, 그리고 하한선 (β3) 보다 상측의 영역) 으로 제한하면, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 는 1 이하가 된다.

직선 (z1) 이 있는 도 23a 에서는, 사선 영역에서 나타내는 바와 같이, 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕인 경우에 있어서의 각도폭 (A) 을, 직선 (δo) 과 직선 (ε4) 사이 (직선 (δo) 보다 우측, 그리고 직선 (ε4) 보다 좌측의 영역) 으로 제한하고, 또한 각도폭 (θc) 을 상한선 (α) 과 하한선 (β4) 사이 (상한선 (α) 보다 하측, 또한 하한선 (β4) 보다 상측의 영역) 으로 제한하면, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 는 1 이하가 된다. 직선 (zo) 은 다음 식 (7-1) 로 표시되고, 직선 (δo) 은 다음 식 (7-2) 로 표시된다.

θc＝10°ㆍㆍㆍ(7-1)

θc＝(2.5×A-30)°ㆍㆍㆍ(7-2)

직선 (zo, z1) 이 있는 도 23b 에서는, 사선 영역에서 나타내는 바와 같이, 비율 Dh／R＝0.039〔＝1／R〕인 경우에 있어서의 각도폭 (A) 을, 직선 (δo) 과 직선 (J5) 사이 (직선 (δo) 보다 우측, 그리고 직선 (J5) 보다 좌측의 영역) 으로 제한하고, 또한 각도폭 (θc) 을, 상한선 (α) 과 단선 (ξ5) 을 포함하는 상측의 영역) 으로 제한하면, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 는 1 이하가 된다. 직선 (z1) 은, 다음 식 (8) 로 표시된다.

θc＝(-0.5×A＋16)°ㆍㆍㆍ(8)

직선 (zo, z1) 이 있는 도 23c 에서는, 사선 영역에서 나타내는 바와 같이, 비율 Dh／R＝0.047〔＝1.2／R〕인 경우에 있어서의 각도폭 (A) 을, 직선 (δo) 과 직선 (J6) 사이 직선 (δo) 보다 우측, 그리고 직선 (J6) 보다 좌측의 영역) 으로 제한하고, 또한 각도폭 (θc) 을 상한선 (α) 과 직선 (ξ6) 사이 (상한선 (α) 보다 하측, 그리고 직선 (ξ6) 을 포함하는 상측의 영역) 으로 제한하면, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 는 1 이하가 된다.

도 22a∼도 22c 및 도 23a 에서는, 직선 (ε1, ε2, ε3, ε4) 로 표시되는 각도 A(ε1), A(ε2), A(ε3), A(ε4) 를 각도 A(ε) 로서 총칭하면, 각도 A(ε) 는, 다음 식 (9) 로 표시된다.

A(ε)＝〔60-2×arccos (1-Dh／R) -(-18.9×Dh＋12.7)〕°

＝〔Amax-(-18.9×Dh＋12.7)〕°ㆍㆍㆍ(9)

각도 A(ε) 는, 비율 Dh／R＝0.004〔＝0.1／R〕일 때에 각도 A(ε1) 를 나타내고, 비율 Dh／R＝0.012〔＝0.3／R〕일 때에 각도 A(ε2) 를 나타내고, 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R〕일 때에 각도 A(ε3) 를 나타내고, 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R〕일 때에 각도 A(ε4) 를 나타낸다.

각도 A(ε) 가 각도 A(ε4) 를 나타내는 경우, (-18.9×Dh＋12.7) 가 음의 값이 되고, Amax-(-18.9×Dh＋12.7) 의 값이 Amax 보다 커진다. 그래서, Amax-(-18.9×Dh＋12.7) 의 값이 Amax 이상이 되는 경우에는, 각도폭 (A) 은, Amax 미만으로 한다. 즉, Amax-(-18.9×Dh＋12.7) 의 값이 Amax 이상이 되는 경우에는, 식 (9) 는, 다음 식 (9-1) 로 치환된다.

A(ε)＝Amax ㆍㆍㆍ (9-1)

즉, 각도폭 (A) 이 다음 식 (10) 을 만족하고, 또한 각도폭 (θc) 이 다음 식 (11) 을 만족시키면, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 가 1 이하가 된다.

A≤〔60-2×arccos (1-Dh／R)-(-18.9×Dh＋12.7)〕°

＝〔Amax-(-18.9×Dh＋12.7)〕°

또한,

A＜〔60-2×arccos(1-Dh／R)〕°＝Amax ㆍㆍㆍ (10)

〔60-A-2×arccos(1-Dh／R)〕°／2

＝(Amax-A)°／2＜θc＜(60-A)°／2ㆍㆍㆍ(11)

이상의 식 (3)∼(6), (7-1), (7-2), (8), (9), (9-1), (10), (11) 로부터 종합하면, 하기의 조건 (1-0) 으로 표시되는 범위로 각도폭 (A) 을 설정함과 함께, 하기의 조건 (2-0) 으로 표시되는 범위로 각도폭 (θc) 을 설정하면, 토크 리플률비 (Rx／Ri) 를 1 이하로 할 수 있다.

조건 (1-0) :

A≤〔60-2×arccos(1-Dh／R)-(-18.9×Dh＋12.7)〕°

또한,

A＜〔60-2×arccos(1-Dh／R)〕°

조건 (2-0) :

각도폭 (A) 이 상기 (1-0) 식으로 표시되는 범위 내에 있어서,

하기 식 (i)∼(iii) 중 하나가 만족되고, (iv)∼(vi) 의 전부가 만족된다.

θc≤10°ㆍㆍㆍ (i)

θc≤(-0.5×A＋16)°ㆍㆍㆍ(ii)

θc≤(2.5×A-30)°ㆍㆍㆍ(iii)

〔60-A-2×arccos(1-Dh／R)〕°／2＜θc ㆍㆍㆍ(iv)

〔-0.5×A＋(-14.1×Dh＋26.7)〕°≤θcㆍㆍㆍ(v)

θc＜(60-A)°／2ㆍㆍㆍ(vi)

조건 (1-0), (2-0) 은, R＝25.5mm 및 극수 p＝6 의 경우에 대응하는 것이지만, 반직경 (R) 이 25.5mm 가 아닌 경우, 또는 극수 (p) 가 6 이 아닌 경우에도, Dhr＝Dh×25.5／R 로 함으로써, 조건 (1-0), (2-0) 을 다음 조건 (1), (2), (ex1), (ex2) 로 확장할 수 있다.

조건 (1) :

Ao≤〔60-2×arccos(1-Dhr／25.5)-(-18.9×Dhr＋12.7)〕°

또한,

Ao＜〔60-2×arccos(1-Dhr／25.5)〕°

조건 (2) :

각도폭 (A) 이 상기 (1) 식으로 표시되는 범위 내에 있어서,

하기 (i)∼(iii) 중 하나가 만족되고, (iv)∼(vi) 의 전부가 만족된다.

θco≤10°ㆍㆍㆍ(i)

θco≤(-0.5×Ao＋16)°ㆍㆍㆍ(ii)

θco≤(2.5×Ao-30)°ㆍㆍㆍ(iii)

〔60-Ao-2×arccos(1-Dhr／25.5)〕°／2＜θcoㆍㆍㆍ(iv)

〔-0.5×Ao＋(-14.1×Dhr＋26.7)〕°≤θcoㆍㆍㆍ(v)

θco＜(60-Ao)°／2ㆍㆍㆍ(vi)

(ex1) : A＝Ao×6／p

(ex2) : θc＝θco×6／p

식 (ex1), (ex2) 은, p≠6 인 경우에는, 조건 (1), (2) 로 설정되는 각도폭 (Ao, θco) 의 범위에 대하여, 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 로 설정하기 위한 환산식이다. 즉, p＝6 이외의 경우, 조건 (1), (2) 에 있어서의 Ao, θco 는, 식 (ex1), (ex2) 에 의해서, A×p／6, θc×p／6 로 바뀐다. 즉, 식 (ex1), (ex2) 의 환산을 하고, A, θC 를 설정 각도폭으로서 사용한다.

다음으로, 도 22a ~ 도 24 의 범위에 있어서, 기본 차수 (18 차) 성분이 제 1 비교 회전자 (21) 의 경우에 비교하여 0.7 배 이하가 되는 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 범위에 대해서, 도 25∼도 27 에 기초하여 설명한다. 도 26, 27 에 있어서, 도 22, 23 의 경우와 동일한 직선에는 동일 부호가 사용된다.

도 25 의 그래프는, 실시 회전자 (15) 를 사용하여 각도폭 (θc) 을 변화시킨 경우의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 변화의 FEM 해석예를 도시한다. 그래프 중의 흑점은, FEM 해석에 의해서 얻어진 실데이터이다.

도 25 의 그래프에 있어서의 실데이터 Γ2(2) 및 실데이터군 Γ2(3), Γ2(4), Γ2(5), Γ2(6), Γ2(10), Γ2(12), Γ2(13) 은,

ㆍ이 순서대로 각도폭 (A)＝ 16°, 18°, 20°, 22°, 24°, 28°, 30°, 32°로 한 조건,

ㆍ상기 공통의 해석 조건, 및

ㆍ반직경(R) 에 대한 깊이 (Dh)＝0.7mm 의 비율 Dh／R＝0.028〔＝0.7／R＝0.7mm／25.5mm〕로 한 조건

하에 얻어진 데이터이다.

도 27a 의 그래프는, 도 25 의 그래프에 기초하여 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위를 결정하기 위해서 준비된 설명도이다. 도 27a 에 흑점으로 나타내는 실데이터군은, 실데이터 Γ2(2) 및 실데이터군 Γ2(3), Γ2(4), Γ2(5), Γ2(6), Γ2(10), Γ2(12), Γ2(13) 중, 기본 차수 (18 차) 성분이 제 1 비교 회전자 (21) 의 경우에 비교하여 0.7 배 이하가 되는 실데이터만을 나타내고 있다. 직선 (x4, y4, z2) 은 기본 차수 (18 차) 성분을 제 1 비교 회전자 (21) 의 경우에 비교하여 0.7 배 이하로 제한하기 위해서 설정된 직선이다.

도 26a∼도 26c, 도 27b 및 도 27c 의 그래프는, 각도폭 (θc) 을 변화시킨 경우의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 변화를 FEM 해석에 의해서 구한 데이터 (도 25 의 그래프에 상당하는 데이터로서, 도시는 하지 않지만, 확인되어 있는 데이터) 에 기초하여 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위를 결정하기 위해서 준비된 설명도이다. 도 26a 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝0.1mm 인 경우에 대응하고, 도 26b 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝0.3mm 인 경우에 대응한다. 도 26c 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝0.5mm 인 경우에 대응한다. 도 27b 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝1.0mm 인 경우에 대응하고, 도 27c 의 그래프는 깊이 (Dh)＝1.2mm 인 경우에 대응한다. 반직경 (R) 은 모두 25.5mm 가다.

도 26a 에 나타내는 직선 (x1, y1), 도 26b 에 나타내는 직선 (x1, y2), 도 26c 에 나타내는 직선 (x1, y3), 도 27b 에 나타내는 직선 (x5, y5), 및 도 27c 에 나타내는 직선 (y6) 은, 기본 차수 (18 차) 성분을 제 1 비교 회전자 (21) 의 경우에 비교하여 0.7 배 이하로 제한하기 위해 설정된 직선이다. 도 26a∼도 26c 및 도 27a∼도 27c 에 있어서의 사선 영역은, 기본 차수 (18 차) 성분이 제 1 비교 회전자 (21) 의 경우에 비교하여 0.7 배 이하가 되는 영역이다.

직선 (x1) 은, 다음 식 (12) 에 의해서 표시된다.

A＝22°(Dh≤0.5 인 경우) ㆍㆍㆍ(12)

직선 (x4) 은, 다음 식 (13) 에 의해서 표시된다.

A＝(-21.4×Dh＋32.8)°(0.5＜Dh≤0.8 인 경우)ㆍㆍㆍ(13)

직선 (x5) 은, 다음 식 (14) 에 의해서 표시된다.

A＝(-38.75×Dh＋46.5)°(0.8＜Dh 인 경우) ㆍㆍㆍ(14)

직선 (y1, y2, y3, y4) 은, 다음 식 (15) 에 의해서 표시된다.

A＝(-10×Dh＋37)°(Dh≤0.8 인 경우) ㆍㆍㆍ(15)

직선 (y5, y6) 은, 다음 식 (16) 에 의해서 표시된다.

A＝(-27.5×Dh＋51)°(0.8＜Dh 인 경우) ㆍㆍㆍ(16)

직선 (z2, z3, z4) 은 다음 식 (17) 으로 표시된다.

θc＝〔(-2.5×Dh＋2.5)×(A-16)＋ 10〕°ㆍㆍㆍ(17)

이상의 식 (12)∼(17) 로부터 종합하면, 하기의 조건 (1-1-0) 으로 표시되는 범위로 각도폭 (A) 을 설정함과 함께, 하기의 조건 (2-1-0) 으로 표시되는 범위로 각도폭 (θc) 을 설정하면, 기본 차수 (18 차) 성분을 제 1 비교 회전자 (21) 의 경우에 비교하여 0.7 배 이하로 할 수 있다.

조건 (1-1-0) :

Dh≤1.2mm 의 범위에 있어서,

22°≤A≤(-10×Dh＋37)°(Dh≤0.5 인 경우)

(-21.4×Dh＋32.8)°≤A≤(-10×Dh＋37)°(0.5＜Dh≤0.8 인 경우)

(-38.75×Dh＋46.5)°≤A≤(-27.5×Dh＋51)°(0.8＜Dh 인 경우)

조건 (2-1-0) :

상기 조건 (2-0) 을 만족하고, 또한, 하기 식 (vii) 를 만족한다.

θc≤〔(-2.5×Dh＋2.5)×(A-16)＋10〕°ㆍㆍㆍ(vii)

조건 (1-1-0), (2-1-0) 은, R＝25.5mm 및 극수 p＝6 인 경우에 대응하는 것이지만, 반직경 (R) 이 25.5mm 가 아닌 경우, 또는 극수 (p) 가 6 이 아닌 경우에도, Dhr＝Dh×25.5／R 로 함으로써, 조건 (1-1-0), (2-1-0) 을 다음 조건 (1-1), (2-1), (ex1), (ex2) 로 확장할 수 있다.

조건 (1-1) :

Dhr≤1.2mm 인 범위에 있어서,

22°≤Ao≤〔-10×Dhr＋37〕°(Dhr≤0.5 인 경우)

(-21.4×Dhr＋32.8)°≤Ao≤(-10×Dhr＋37)°(0.5＜Dhr≤0.8 인 경우)

(-38.75×Dhr＋46.5)°≤Ao≤(-27.5×Dhr＋51)°(0.8＜Dhr 인 경우)

조건 (2-1) :

상기 (2) 식을 만족하고, 또한, 하기 식 (vii) 를 만족한다.

θco≤〔(-2.5×Dhr＋2.5)×(Ao-16°)＋10〕°ㆍㆍㆍ(vii)

식 (ex1), (ex2) 는, p≠6 인 경우에는, 조건 (1-1), (2-1) 로 설정되는 각도폭 (Ao, θco) 의 범위에 대하여, 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 로 설정하기 위한 환산식이다. 즉, p＝6 이외의 경우, 조건 (1-1), (2-1) 에 있어서의 Ao, θco 는, 식 (ex1), (ex2) 에 의해서, A×p／6, θc×p／6 로 바뀐다. 즉, 식 (ex1), (ex2) 의 환산을 하고, A, θc 를 설정 각도폭으로서 사용한다.

다음으로, 출력 토크의 토크 리플에 있어서의 기본 차수 (예를 들어, 6 극 18 슬롯이면 18 차) 성분의 크기를, 기본 차수의 배의 차수 (예를 들어, 6 극 18 슬롯이면 36 차) 성분 이하가 되는 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 범위에 대해서 도 28 및 도 29 에 기초하여 설명한다. 도 28 에 있어서 도 26, 27 의 경우와 동일한 직선에는 동일한 부호가 사용된다.

도 29 의 그래프는, 실시 회전자 (15) 를 사용하여 각도폭 (θc) 을 변화시킨 경우의 토크 리플의 18 차 성분에 있어서의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 와, 토크 리플의 36 차 성분에 있어서의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 차의 변화의 FEM 해석예를 나타낸다. 그래프 중의 흑점은, FEM 해석에 의해서 얻어진 실데이터이다.

도 29 의 그래프에 있어서의 실데이터군 Γ3(7), Γ3(8), Γ3(9), Γ3(10), Γ3(11), Γ3(12) 는,

ㆍ이 순서대로 각도폭 (A)＝25°, 26°, 27°, 28°, 29°, 30°로 한 조건,

ㆍ상기 공통의 해석 조건, 및

ㆍ반직경 (R) 에 대한 깊이 (Dh)＝0.5mm 의 비율 Dh／R＝0.02〔＝0.5／R＝0.5mm／25.5mm〕로 한 조건 하에 얻어진 데이터이다.

도 28c 의 그래프는, 도 29 의 그래프에 기초하여 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위를 결정하기 위해서 준비된 설명도이다. 도 28c 에 흑점으로 나타내는 실데이터군은, 실데이터군 Γ3(7), Γ3(8), Γ3(9), Γ3(10), Γ3(11), Γ3(12) 중, 토크 리플의 18 차 성분에 있어서의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 가 토크 리플의 36 차 성분에 있어서의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 이하가 되는 실데이터만을 나타내고 있다. 직선 (w31, w32, w33, w34) 은, 출력 토크의 토크 리플에 있어서의 기본 차수 (18 차 성분) 성분의 크기를 36 차 성분의 크기 이하로 제한하기 위해서 설정된 직선이다.

도 28a 및 도 28b 의 그래프는, 토크 리플의 18 차 성분에 있어서의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 와, 토크 리플의 36 차 성분에 있어서의 토크 리플률비 (Rx／Ri) 의 차의 변화를 FEM 해석에 의해서 구한 데이터 (도 29 의 그래프에 상당하는 데이터로서, 도시는 생략하지만, 확인되어 있는 데이터) 에 따라서 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 의 적정 범위를 결정하기 위해서 준비된 설명도이다. 도 28a 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝0.1mm 인 경우에 대응하고, 도 28b 의 그래프는, 깊이 (Dh)＝0.3mm 인 경우에 대응한다. 반직경 (R) 은, 모두 25.5mm 이다.

도 28a 에 있어서의 직선 (w11, w12, w13, w14) 은 출력 토크의 토크 리플에 있어서의 기본 차수 (18 차 성분) 성분의 크기를 36 차 성분의 크기 이하로 제한하기 위해서 설정된 직선이다. 도 28b 에 있어서의 직선 (w21, w22, w23, w24) 은, 출력 토크의 토크 리플에 있어서의 기본 차수 (18 차 성분) 성분의 크기를 36 차 성분의 크기 이하로 제한하기 위해서 설정된 직선이다. 도 28a∼도 28c 에 있어서의 사선 영역은, 출력 토크의 토크 리플에 있어서의 18 차 성분의 크기가 36 차 성분의 크기 이하가 되는 영역이다.

직선 (w11, w21, w31) 은, 다음 식 (18) 로 표시된다.

A＝(-2.5×Dh＋27.25)°ㆍㆍㆍ(18)

직선 (w12, w22, w32) 은 다음 식 (19) 로 표시된다.

A＝(-2.5×Dh＋30.25)°ㆍㆍㆍ(19)

직선 (w13, w23, w33) 은, 다음 식 (20) 으로 표시된다.

θc＝(-12.5×Dh＋18.25)°ㆍㆍㆍ(20)

직선 (w14, w24, w34) 은 다음 식 (21) 로 표시된다.

θc＝(-12.5×Dh＋15.25)ㆍㆍㆍ(21)

이상의 식 (18)∼(21) 로부터 종합하면, 하기의 조건 (1-2-0) 으로 표시되는 범위에서 각도폭 (A) 를 설정함과 함께, 하기의 조건 (2-2-0) 으로 표시되는 범위로 각도폭 (θc) 을 설정하면, 출력 토크의 토크 리플에 있어서의 기본 차수 (예를 들어, 6 극 18 슬롯이면 18 차) 성분의 크기를 기본 차수의 배의 차수 (예를 들어, 6 극 18 슬롯이면 36 차) 성분 이하로 할 수 있다.

조건 (1-2-0) :

Dh≤0.5mm 의 범위에 있어서,

(-2.5×Dh＋27.25)°≤A≤(-2.5×Dh＋30.25)°

조건 (2-2-0) :

(-12.5×Dh＋15.25)°≤θc≤(-12.5×Dh＋18.25)°

또한,

θc＜(60-A)°／2

조건 (1-2-0), (2-2-0) 은, R＝25.5mm 및 극수 p＝6 인 경우에 대응하는 것이지만, 반직경 (R) 이 25.5mm 가 아닌 경우, 또는 극수 (p) 가 6 이 아닌 경우에도, Dhr＝Dh×25.5／R 로 함으로써, 조건 (1-2-0), (2-2-0) 을 다음 조건 (1-2), (2-2), (ex1), (ex2) 로 확장할 수 있다.

조건 (1-2) :

Dhr≤0.5mm 의 범위에 있어서,

(-2.5×Dhr＋27.25)°≤Ao≤(-2.5×Dhr＋30.25)°

조건 (2-2) :

(-12.5×Dhr＋15.25)°≤θco≤(-12.5×Dhr＋18.25) °

또한,

θco＜(60-Ao)°／2

식 (ex1), (ex2) 는, p≠6 인 경우에는, 조건 (1-2), (2-2) 로 설정되는 각도폭 (Ao, θco) 의 범위에 대하여, 각도폭 (A) 및 각도폭 (θc) 으로 설정하기 위한 환산식이다. 즉, p＝6 이외의 경우, 조건 (1-2), (2-2) 에 있어서의 Ao, θco 는, 식 (ex1), (ex2) 에 의해서, A×p／6, θc×p／6 로 바뀐다. 즉, 식 (ex1), (ex2) 의 환산을 하고, A, θc 를 설정 각도폭으로서 사용한다.

다음으로, 도 30a∼도 30c 에 나타내는 본 발명의 제 2 실시형태를 설명한다. 제 1 실시형태와 동일한 구성부에는 동일한 부호가 사용된다.

제 2 실시형태에서는, 인접하는 직선 (H1) 과 직선 (H2) 은, 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측을 향하여 볼록인 볼록 곡선 (Ψ) 으로 연결되어 있고, 인접하는 직선 (H1) 과 직선 (H3) 은, 실시 회전자 (15) 의 직경 방향 외측을 향하여 볼록인 볼록 곡선 (Ψ) 으로 연결되어 있다. 본 실시형태에서는, 볼록 곡선 (Ψ) 은, 반직경이 가상 최대차 (Dmax) 이하의 원 (Ψo) 의 일부이다.

인접하는 한 쌍의 직선 (H1, H2) 을 볼록 곡선 (Ψ) 으로 연결하고, 인접하는 한 쌍의 직선 (H1, H3) 을 볼록 곡선 (Ψ) 으로 연결한 구성은, 실시 회전자 (15) 의 외주면에서의 자속 변동을 매끄럽게 하는 것에 기여하고, 토크 리플이 억 제된다.

상기 각 실시형태는, 이하와 같이 변경 가능하다.

(1) 볼록 형상부 (20) 의 형상을, 4 개 이상의 평면을 연결하여 형성한 볼록 다각형 형상으로 해도 된다.

(2) 영구 자석 (17A, 17B) 의 총수를 6 개 이외의 복수개로 해도 된다.

(3) 4 극 12 슬롯, 6 극 27 슬롯, 8 극 24 슬롯 등의 회전 전기 기기에 본 발명을 적용해도 되고, 이들의 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.

(4) 고정자 (15) 에 있어서의 권선 방식은, 분포(分布) 감기이어도 되고, 이 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.

(5) 6 극 9 슬롯 등의 집중권의 회전 전기 기기에 본 발명을 적용해도 되고, 이 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.

(6) 인접하는 영구 자석 (17A, 17B) 의 극성이 N-N-S-S-N-N-S-S-ㆍㆍㆍ가 되도록, 한 쌍의 영구 자석 (17A, 17B) 을 V 자형으로, 또한, 복수쌍의 영구 자석 (17A, 17B) 을 매립한 회전자 (15) 를 구비하는 회전 전기 기기에 본 발명을 적용해도 된다.

(7) 도 31 에 나타내는 바와 같이, 밀폐형의 전동 압축기 (30) 에 본 발명을 적용해도 된다. 전동 압축기 (30) 는 스크롤형 전동 압축기이고, 회전 전기 기기 (M) 는 카에어컨용 모터로서 사용되고 있다. 회전 전기 기기 (M) 의 실시 회전자 (15) 는 회전축 (32) 에 지착(止着) 되어 있고, 회전 전기 기기 (M) 의 고정자 (11) 는 모터하우징 (35) 의 내주면에 고정되어 있다. 전동 압축기 (30) 의 가동 스크롤 (31) 은, 회전 전기 기기 (M) 의 회전축 (32) 의 회전에 의해서 선회 (압축 동작) 한다. 이에 따라서, 압축 동작체로서의 가동 스크롤 (31) 과, 고정 스크롤 (33) 사이의 압축실 (34) 이 용적 감소된다. 도시 생략된 외부 냉매 회로로부터 모터하우징 (35) 내에 도입된 냉매는, 흡입 포트 (36) 를 경유하여 압축실 (34) 에 흡입된다. 압축실 (34) 내의 냉매는, 토출 포트 (37) 로부터 토출 밸브 (38) 를 밀어 젖혀 토출실 (39) 에 토출된다. 토출실 (39) 내의 냉매는, 외부 냉매 회로에 유출되고, 그리고 모터하우징 (35) 내로 환류한다. 또, 밀폐형의 압축기란, 회전 전기 기기 (M) 가, 압축기 (30) 와 함께 용접된 일체형의 용기에 밀폐되어 있는 것을 의미한다. 이 타입의 압축기로서는, 동작 유체로 전동기를 냉각한다.

저맥동 (저진동) 이 우수한 본 발명의 회전 전기 기기 (M) 는, 밀폐형의 전동 압축기 (30) 로의 적용에 바람직하다. 즉, 차재용의 밀폐형 전동 압축기에서는, 소음 및 진동을 저감하려 하고, 또한 출력 토크의 평균치를 내리지 않으려는 요구가 강하다. 영구 자석 매설형의 회전 전기 기기 (M) 는, 이들의 요구에 적합하다.

여기에서는, 복수의 실시형태만을 기재하였지만, 본 발명이 그 취지로부터 일탈하지 않는 범위에서 다른 특유의 형태로 구체화될 수도 있다는 것은 당업자에게 있어서 분명할 것이다. 본 발명은 여기에 기재된 내용에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구의 범위 내에서 개량될 수도 있다.

본 발명으로, 출력 토크의 평균치의 저하를 억제함과 함께, 릴럭턴스 토크를 출력 토크의 평균치의 향상에 이용하지 않는 구성 (즉, 주자극간의 철심부가 좁은 구성) 의 영구 자석 매설형 회전 전기 기기를 제공할 수 있다.

Claims (23)

1. 고리형의 고정자 (11) 로서, 그 고정자 (11) 는, 그 고정자 (11) 의 내주를 따라 복수 배열된 티스 (121) 를 갖고, 인접하는 티스간에 슬롯이 형성되는 것과,

   상기 슬롯 (122) 에 형성된 권선 (13) 과,

   상기 고정자 (11) 에 의해서 둘러싸이는 회전자 (15) 와,

   그 회전자 (15) 의 내부에 매설된 복수의 영구 자석 (17A, 17B) 으로서, 각 영구 자석 (17A, 17B) 은 자극 중심부 (173) 를 갖는 것과,

   복수의 상기 자극 중심부 (173) 에 각각 대응하는 상기 회전자 (15) 의 외주의 복수의 부분에 형성되는 복수의 원주부 (19A, 19B) 로서, 각 원주부 (19A, 19B) 는 상기 회전자 (15) 의 회전 중심 축선 (C) 과 동심의 가상 원주면 (E) 의 일부를 이루고, 상기 복수의 원주부 (19A, 19B) 는 둘레 방향에서 서로 이간되어 있는 것과,

   복수의 볼록 형상부 (20) 로서, 각 볼록 형상부 (20) 는 각 인접하는 한 쌍의 상기 원주부 (19A, 19B) 를 잇고, 각 볼록 형상부 (20) 는 상기 가상 원주면 (E) 보다 직경 방향 내측에 위치함과 함께 직경 방향 외측을 향하여 볼록이고, 각 볼록 형상부 (20) 는, 직경 방향 외측을 향하여 볼록한 복수의 모서리부 (H11, H12) 를 갖고 있는 것을 구비하는 회전 전기 기기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전 중심 축선 (C) 에 대한 직교 단면시에 있어서, 상기 각 볼록 형상부 (20) 는, 서로 연결될 수 있는 복수의 직선 (H1, H2, H3) 에 의해서 규정되어 있는 회전 전기 기기.
3. 제 2 항에 있어서,

   각 볼록 형상부 (20) 가 갖는 상기 모서리부 (H11, H12) 의 수는 2 개이고, 상기 볼록 형상부 (20) 는 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 을 연결하여 규정되어 있는 회전 전기 기기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 2 개의 모서리부 (H11, H12) 는 상기 볼록 형상부 (20) 를 둘레 방향으로 2 등분할하는 2 등분할선 (154) 에 관해서 경영 대칭인 회전 전기 기기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 은 중앙의 직선 (H2) 과, 그 중앙의 직선 (H2) 을 사이에 둔 양측의 2 개의 직선( H1, H3) 을 포함하고,

   상기 양측의 직선 (H1, H3) 의 각각의 길이는, 상기 모서리부 (H11, H12) 로부터 상기 가상 원주면 (E) 에 도달할 때까지 상기 양측의 직선 (H1, H3) 을 서로 향하여 각각 연장시킨 연장선 (H21, H31) 보다 긴 회전 전기 기기.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 중 양측의 직선 (H1, H3) 은, 상기 볼록 형상부 (20) 를 둘레 방향으로 2 등분할하는 2 등분할선 (154) 에 관해서 경영 대칭이고,

   상기 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 한 상기 원주부 (19A, 19B) 의 각도폭을 (A) 로 하고, 상기 회전 전기 기기의 극수를 p 로 하고, 상기 양측의 직선 (H1, H3) 의 각각이 갖는 양단 (H11 과 192, H12 와 193) 이 상기 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 하여 이루는 각도폭을 θc 로 하고, 상기 원주부 (19A, 19B) 의 반직경을 R 로 하고, 상기 볼록 형상부 (20) 과 상기 회전 중심 축선 (C) 와의 사이의 최소거리와, 반직경 (R) 과의 차를 깊이 (Dh) 로 하고, Dhr＝Dh×25.5／R 로 하면,

   각도폭 (A) 는 하기의 조건 (1) 및 (ex1) 을 만족하는 범위로 설정되어 있고,

   각도폭 (θc) 은 하기의 조건 (2), (ex1) 및 (ex2) 를 만족하는 범위로 설정되어 있는 회전 전기 기기.

   조건(1) :

   Ao≤〔60-2×arccos(1-Dhr／25.5)-(-18.9×Dhr＋12.7)〕°

   또한,

   Ao＜〔60-2×arccos(1-Dhr／25.5)〕°

   조건 (2) :

   각도폭 (A) 이 상기 조건 (1) 식으로 표시되는 범위 내에 있어서,

   하기 (i)∼(iii) 중 하나를 만족하고, (iv)∼(vi) 의 전부를 만족한다.

   θco≤10°ㆍㆍㆍ(i)

   θco≤(-0.5×Ao＋16)°ㆍㆍㆍ(ii)

   θco≤(2.5×Ao-30)°ㆍㆍㆍ(iii)

   〔60-Ao-2×arccos(1-Dhr／25.5)〕°／2＜θcoㆍㆍㆍ(iv)

   〔-0.5×Ao＋(-14.1×Dhr＋26.7)〕°≤θcoㆍㆍㆍ(v)

   θco＜(60-Ao)°／2ㆍㆍㆍ(vi)

   (ex1) : A＝Ao×6／p

   (ex2) : θc＝θco×6／p
7. 제 6 항에 있어서,

   각도폭 (A) 은 하기의 조건 (1-1) 및 (ex1) 을 만족하는 범위로 설정되어 있고,

   각도폭 (θc) 은 하기의 조건 (2-1), (ex1) 및 (ex2) 를 만족하는 범위로 설정되어 있는 회전 전기 기기.

   조건 (1-1) :

   Dh≤1.2mm 의 범위에 있어서,

   22°≤Ao≤(-10×Dhr＋37)°(Dhr≤0.5 인 경우)

   (-21.4×Dhr＋32.8)°≤Ao≤(-10×Dhr＋37)°(0.5＜Dhr≤0.8 인 경우)

   (-38.75×Dhr＋46.5)°≤Ao≤(-27.5×Dhr＋51)°(0.8＜Dhr 인 경우)

   조건 (2-1) :

   각도폭 (A) 이 상기 (1-1) 식으로 표시되는 범위 내에 있어서,

   상기 조건 (2) 을 만족하고, 또한, 하기 식 (vii) 을 만족한다.

   θco≤〔-2.5×Dhr＋2.5)×(Ao-16°)＋10)〕°ㆍㆍㆍ(vii)

   (ex1) : A＝Ao×6／p

   (ex2) : θc＝θco×6／p
8. 제 3 항에 있어서,

   상기 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 중 양측의 직선 (H1, H3) 은 상기 볼록 형상부 (20) 를 둘레 방향으로 2 등분할하는 2 등분할선 (154) 에 관해서 경영 대칭이고,

   상기 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 한 상기 원주부 (19A, 19B) 의 각도폭을 A 로 하고, 상기 회전 전기 기기의 극수를 p 로 하고, 상기 양측의 직선 (H1, H3) 의 각각이 갖는 양단 (H11 과 192, H12 와 193) 이 상기 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 하여 이루는 각도폭을 θc 로 하고, 상기 원주부 (19A, 19B) 의 반직경을 R 로 하고, 상기 볼록 형상부 (20) 와 상기 회전 중심 축선 (C) 과의 사이의 최소거리와, 반직경 (R) 과의 차를 깊이 (Dh) 로 하고, Dhr＝Dh×25.5／R 로 하면,

   각도폭 (A) 은 하기의 조건 (1-2) 및 (ex1) 을 만족하는 범위로 설정되어 있고,

   각도폭 (θc) 은 하기의 조건 (2-2), (ex1) 및 (ex2) 를 만족하는 범위로 설정되어 있는 회전 전기 기기.

   조건 (1-2) :

   Dhr≤0.5mm 의 범위에 있어서,

   (-2.5×Dhr＋27.25)°≤Ao≤(-2.5×Dhr＋30.25)°

   조건 (2-2) :

   (-12.5×Dhr＋15.25)°≤θco≤(-12.5×Dhr＋18.25)°

   또한,

   θco＜(60-Ao)°／2

   (ex1) : A＝Ao×6／p

   (ex2) : θc＝θco×6／p
9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 복수의 영구 자석 (17A, 17B) 은, 상기 회전자 (15) 가 갖는 복수의 수용공 (162) 에 각각 수용되어 있고, 한 쌍의 서로 인접한 수용공은 제 1 수용공과 제 2 수용공을 포함하고, 상기 제 1 수용공 (162) 을 구획하는 제 1 구획 벽면은 제 1 점 (165) 을 갖고, 상기 제 2 수용공 (162) 을 구획하는 제 2 구획 벽면은 제 2 점 (166) 을 갖고,

   상기 제 1 점 (165) 과 상기 제 2 점 (166) 이 상기 회전 중심 축선 (C) 을 중심으로 하여 이루는 각도폭 중, 최대의 각도폭을 브리지간 각도 Θb 로 하면,

   상기 브리지간 각도 Θb 는 0＜Θb≤10° 의 범위로 설정되고,

   상기 3 개의 직선 (H1, H2, H3) 은, 제 1 직선 (H1), 제 2 직선 (H2), 및 제 3 직선 (H3) 을 포함하고, 상기 제 2 직선 (H2) 과 상기 제 3 직선 (H3) 은 상기 제 1 직선 (H1) 에 대하여 서로 반대측에 위치하고,

   상기 제 1 직선 (H1) 을 평행 이동시켜 상기 제 1 구획 벽면에 접한 경우에 얻어지는 접점을 접점 H01 이라 하고, 상기 제 3 직선 (H3) 을 평행 이동시켜 상기 제 1 구획 벽면에 접한 경우에 얻어지는 접점을 접점 H30 이라하고, 상기 접점 H01 과 상기 제 1 직선 (H1) 사이의 거리가, 상기 접점 H30 과 상기 제 3 직선 (H3) 사이의 거리보다도 작은 경우에 상기 접점 H01 이 상기 제 1 점 (165) 이고, 그렇지 않은 경우에는 상기 접점 H30 이 상기 제 1 점 (165) 이고,

   상기 제 1 직선 (H1) 을 평행 이동시켜 상기 제 2 구획 벽면에 접한 경우에 얻어지는 접점을 접점 H02 이라 하고, 상기 제 2 직선 (H2) 을 평행 이동시켜 상기 제 2 구획 벽면에 접한 경우에 얻어지는 접점을 접점 H20 이라 하고, 상기 접점 H02 와 상기 제 1 직선 (H1) 사이의 거리가, 상기 접점 H20 과 상기 제 2 직선 (H2) 사이의 거리보다 작은 경우에 상기 접점 H02 가 상기 제 2 점 (166) 이고, 그렇지 않은 경우에는 상기 접점 H20 이 상기 제 2 점 (166) 인, 회전 전기 기기.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 브리지간 각도 (Θb) 는 5.2°인 회전 전기 기기.
11. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 모서리부 (H 11, H12) 는, 이웃하는 한 쌍의 상기 직선 (H1 과 H2, H2 와 H3) 을 연결하는, 상기 회전자 (15) 의 직경 방향 외측으로 향한 볼록의 볼록 곡선 (Ψ) 인 회전 전기 기기.
12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 복수의 영구 자석 (17A, 17B) 은 둘레 방향으로 교대로 다른 극성이 되도록 배치되어 있는 회전 전기 기기.
13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 복수의 원주부 (19A, 19B) 는 등각도 피치로 배치되어 있는 회전 전기 기기.
14. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 티스 (121) 와 상기 회전자 (15) 의 외주 사이의 공극의 크기는, 인접하는 한 쌍의 상기 영구 자석 (17A, 17B) 사이에 위치하는 자극 전환부 (164) 에 대응하는 공극 (G) 이 가장 큰 회전 전기 기기.
15. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 권선 (13) 은 상기 고정자 (11) 에 권선되어 있는 회전 전기 기기.
16. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전 전기 기기의 극수 (p) 는 6 으로 설정되어 있는 회전 전기 기기.
17. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 슬롯수 (K) 는 18 로 설정되어 있는 회전 전기 기기.
18. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 볼록 형상부 (20) 는 회전 전기 기기의 출력 토크의 토크 리플에 있어서의 기본 차수 성분의 크기를, 기본 차수의 배의 차수의 성분 이하가 되도록 구성되어 있는 회전 전기 기기.
19. 삭제
20. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 영구 자석 (17A, 17B) 은 상기 회전자 (15) 의 반직경선과 직교하는 평판 형상을 갖는 회전 전기 기기.
21. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 복수의 영구 자석 (17A, 17B) 의 각각과 상기 회전 중심 축선 (C) 의 간격은 등거리인 회전 전기 기기.
22. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전 전기 기기는 카에어컨용 모터 (M) 로서 사용되는 회전 전기 기기.
23. 제 22 항에 기재된 카에어컨용 모터 (M) 와,

    상기 모터 (M) 에 의해서 회전되는 회전축 (32) 과,

    상기 회전축 (32) 의 회전에 기초하여 압축실 (34) 내의 가스를 압축하여 토출하는 압축 동작체 (31) 를 구비하는 밀폐형 전동 압축기 (30).

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