KR20070089630A

KR20070089630A - 영구 자석 매설형 회전전기 및 카에어컨용 모터 및 밀폐형전동 압축기

Info

Publication number: KR20070089630A
Application number: KR1020070019838A
Authority: KR
Inventors: 다쿠 아다니야; 미노루 메라; 기요시 우에츠지; 아이 사에키; 마사토시 고바야시; 히로시 후카사쿠
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2007-08-31
Also published as: CN101043157B; KR100902534B1; US20070200447A1; EP1826885A2; US7652405B2; JP2007236096A; JP4793027B2; CN101043157A; EP1826885A3

Abstract

(과제) 토크의 저하를 방지할 수 있고, 또한 토크 맥동도 억제할 수 있는 영구 자석 매설형 회전전기를 제공한다.

(해결수단) 인접하는 원주부 (19A) 와 원주부 (19B) 를 연결하는 볼록형상부 (20) 는, 원주부 (19A, 19B) 의 반경 R 보다 큰 반경의 볼록 원호곡선 H1 (원호주면) 로 형성되어 있다. 볼록형상부 (20) 는, 원주부 (19A, 19B) 를 포함하는 원주면 E 와 평면 H 사이의 영역 내 (원주면 E 상 및 평면 H 상을 제외한다) 에서 회전자 (15) 의 반경방향의 외측을 향하여 돌출되어 있다. Dhr=Dh×25.5/R 로 하고, p 를 극수로 하면, 각도 폭 A 및 깊이 Dh 는, 다음 식으로 표시되는 범위로 설정되어 있다.

(5.6×Dhr＋11.3)°×6/p≤A<35°×6/p

또한 A<〔360/p-2×acos(1-Dhr/25.5)〕°

Description

영구 자석 매설형 회전전기 및 카에어컨용 모터 및 밀폐형 전동 압축기{PERMANENT MAGNET EMBEDDED TYPE ELECTRIC ROTATING MACHINE AND MOTOR FOR AIR CONDITIONER OF CAR AND AIRTIGHT TYPE ELECTRIC COMPRESSOR}

도 1 은 제 1 실시형태를 나타내고, (a) 는, 고정자 및 회전자의 정단면도. (b) 는, 부분 확대 정단면도.

도 2 는 고정자 및 회전자의 정단면도.

도 3 은 고정자의 사시도.

도 4 는 파권을 설명하기 위한 간략도.

도 5 의 (a) 는, 회전자 (15, 21, 22, 23, 24) 를 사용한 각 경우에 있어서의 토크 정수를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타내는 그래프. 도 5 의 (b) 는, 회전자 (15, 21, 22, 23, 24) 를 사용한 각 경우에 있어서의 토크 리플을 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타내는 그래프.

도 6 은 회전자 (15) 에 있어서의 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 와, 토크 리플의 관계를 나타내는 그래프.

도 7 의 (a1), (b1), (c1), (d1), (e1), (f1) 은, 각도 범위 A 를 바꾼 경우의 단일 티스에 있어서의 자속 변화를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타내는 그래프.

도 7 의 (a2), (b2), (c2), (d2), (e2), (f2) 는, 각도 범위 A 를 바꾼 경우의 전체 티스에 있어서의 자속의 총합 변화를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타내는 그래프.

도 8 의 (a) 는, 회전자 (15) 와 회전자 (24) 에 대하여, 각도 범위 A 가 20°인 경우의 단일 티스에 있어서의 자속 변화를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타내는 그래프.

도8(b) 는, 회전자 (15) 와 회전자 (24) 에 대하여, 각도 범위 A 가 20°인 경우의 단일 티스에 있어서의 자속 변화를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타내는 그래프.

도 9 의 (a) 는, 부분 단면도.

도 9 의 (b) 는, 부분 확대 단면도.

도 10 의 (a) 는, 브리지간 각도 Θb 의 적정 범위를 설명하기 위한 그래프. 도 10 의 (b) 는, 각도 폭 A 의 적정 범위를 설명하기 위한 그래프.

도 10 의 (c) 는, 깊이 Dh 의 적정 범위를 설명하기 위한 그래프.

도 10 의 (d), (e), (f) 는 티스에 작용하는 힘을 설명하기 위한 그래프.

도 11 의 (a) 는, 티스에 작용하는 힘을 설명하기 위한 그래프.

도 11 의 (b) 는, 토크 변동을 설명하기 위한 그래프.

도 12 의 (a) 는, 회전자 (21) 를 나타내는 부분 정단면도.

도 12 의 (b) 는, 회전자 (22) 를 나타내는 부분 정단면도.

도 12 의 (c) 는, 회전자 (23) 를 나타내는 부분 정단면도.

도 12 의 (d) 는, 회전자 (24) 를 나타내는 부분 정단면도.

도 13 의 (a) 는, 회전자 (15) 를 사용하여 각도 폭 A 를 변화시킨 경우의 토크 리플률비 Rx/Ri 의 변화를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타내는 그래프.

도 13 의 (b) 는, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 1 미만으로 하는 각도 폭 A 와 깊이 Dh 의 적정한 조합 범위의 결정을 설명하기 위한 그래프.

도 14 는 별도의 실시형태를 나타내는 압축기 전체의 측단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11…고정자

121…티스

122, 122U, 122V, 122W…슬롯

13…권선

15…회전자

162…수용구멍

164…자극 전환부

165, 166…기점

17A, 17B…영구 자석

173…자극 중심부

19A, 19B…원주부

20…볼록형상부

32…회전축

34…압축실

C…회전중심

H1…볼록 원호곡선

E…원주면

G…공극

Br1, Br2…최소 간격부

Θb…브리지간 각도

A…각도 폭

p…극수

R…반경

Rmin…최소 반경

Dh…깊이

K…슬롯수

p…극수

〔특허문헌 1〕일본 공개특허공보 2001-69701호

〔특허문헌 2〕일본 공개특허공보 2002-95194호

〔특허문헌 3〕일본 공개특허공보 2002-136011호

본 발명은, 권선을 실시한 고정자의 내측에서 회전하는 회전자의 내부에 복수의 영구 자석이 자극으로서 매설되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기 및 카에어컨용 모터 그리고 밀폐형 전동 압축기에 관한 것이다.

이 종류의 영구 자석 매설형 회전전기 (예를 들어 특허문헌 1 내지 3 참조) 에서는, 회전자의 내부에 복수의 영구 자석이 회전자의 둘레방향에 인접하도록 매설되어 있고, 회전자의 둘레방향에 인접하는 한 쌍의 영구 자석의 자극이 서로 상이하도록 되어 있다. 인접하는 한 쌍의 영구 자석 사이 (자극 전환부) 부근에는 급격한 자속 밀도 변동이 발생되기 때문에, 토크 맥동이 생기고, 이것이 진동, 소음을 발생시킨다.

특허문헌 1 에서는, 토크 맥동을 억제하기 위해서, 회전자의 반경이 둘레방향에서 인접하는 영구 자석 사이 (자극 전환부) 에서 최소가 되고, 또한 자극 중심부 위치에서 최대가 되도록, 회전자의 외주형상을 정현파 변화시킨 형상으로 하고 있다.

특허문헌 2 에서는, 회전자의 반경이 둘레방향에서 인접하는 영구 자석 사이 (자극 전환부) 에서 최소가 되고, 또한 자극 중심부 부근 위치에서 최대가 되도록, 자극 중심부 부근에 대응하는 회전자의 외주형상을 외향으로 돌출된 원호형상으로 하고 있다.

특허문헌 3 에서는, 자극 중심부 부근에 대응하는 회전자의 외주형상을 회전 자의 회전중심과 동심의 원주부로 하고, 인접하는 영구 자석의 자극 단부 부근의 위치에 대응하는 회전자의 외주형상을 홈형상으로 하고 있다.

그러나, 특허문헌 1, 2 의 모터에서는, 고정자측 티스와 회전자의 외주 사이의 공극의 최소는, 자극 중심부에 대응하는 회전자의 횡단면 외주 상의 점 부분만이 되기 때문에, 토크 정수 (단위 전류당 출력 가능 토크) 가 외주 반경이 일정한 회전자와 비교하여 작아지게 된다는 결점이 있다.

특허문헌 3 의 모터에서는, 고정자측 티스와 회전자의 외주 사이의 공극이 원주부와 홈형상의 부분에서 크게 변화하기 때문에, 토크 맥동을 억제하는 것이 어렵다. 또한, 홈형상이 깊으면, 토크 정수가 특허문헌 1, 2 의 모터인 경우보다 더욱 작아지게 된다.

본 발명은, 토크의 저하를 방지할 수 있고, 또한 토크 맥동〔토크 리플 (출력 토크의 변동폭의 크기)〕도 억제할 수 있는 영구 자석 매설형 회전전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 고리형 고정자의 내주에 복수 배열된 티스 사이의 슬롯에 권선이 실시되어 있고, 상기 고정자의 내측에서 회전하는 회전자의 내부에 복수의 영구 자석이 매설되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기를 대상으로 하고, 청구항 1 의 발명은, 상기 영구 자석의 자극 중심부에 대응하는 상기 회전자의 외주가 상기 회전자의 회전중심과 동심의 원주면형상의 원주부이고, 상기 영구 자석에 대응하는 상 기 각 원주부는, 서로 떨어져 있으며, 인접하는 한 쌍의 상기 원주부는, 상기 원주부를 포함하는 원주면보다 내측에서 반경방향의 외측을 향하여 볼록한 볼록형상부로 연결되어 있으며, 상기 볼록형상부는, 볼록 원호곡선으로 형성되어 있고, 상기 회전자의 회전중심을 중심으로 한 상기 원주부의 각도 폭을 각도 폭 A 로 하고, 상기 원주부의 반경을 R 로 하고, 상기 원주부의 반경 R 과 상기 볼록형상부의 최소 반경의 차를 깊이 Dh 로 하고, Dhr=Dh×25.5/R 로 하고, p 를 극수로 하면, 각도 폭 A 및 깊이 Dh 는, 하기 식 (1) 로 표시되는 범위로 설정되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기.

(5.6×Dhr＋11.3)°×6/p≤A<35°×6/p

또한

A<〔360/p-2×acos(1-Dhr/25.5)〕° (1)

고정자측 티스와 회전자의 외주 사이의 공극은, 회전자의 외주의 일부인 원주부가 외주의 다른 부분보다 작아진다 (즉, 외주 전체 중에서 최소가 된다). 그로 인해, 외주 반경이 일정한 회전자에 있어서의 외주와 티스 사이의 공극과, 본 발명의 원주부와 티스 사이의 공극이 같은 경우에는, 본 발명의 회전전기에 있어서의 토크 저하는, 외주 반경이 일정한 회전자를 사용한 회전전기와 비교해도 미약하다. 볼록 원호곡선으로 형성된 볼록형상부는, 회전자의 외주면에서의 자속 변동을 매끄럽게 하는 것에 기여하여, 토크 맥동이 억제된다. 각도 폭 A 및 깊이 Dh 를 식 (1) 로 표시되는 범위로 설정한 구성에서는, 토크 리플 (출력 토크의 변동폭의 크기) 을 출력 토크의 평균치로 나눈 값 (토크 리플률) 은, 외주 반경이 일 정한 회전자를 사용한 회전전기의 경우보다 작아진다.

바람직한 예에서는, 상기 영구 자석은, 상기 회전자에 형성된 수용구멍에 수용되어 있고, 인접하는 한 쌍의 상기 수용구멍의 일방과 상기 볼록형상부 사이의 최소 간격부에 대응하는 상기 일방의 수용구멍측 기점과, 인접하는 한 쌍의 상기 수용구멍의 타방과 상기 볼록형상부 사이의 최소 간격부에 대응하는 상기 타방의 수용구멍측 기점이 상기 회전자의 회전중심을 중심으로 하여 이루는 각도 폭을 브리지간 각도 Θb 로 하면, 브리지간 각도 Θb 는 0<Θb≤10°의 범위로 설정되어 있다. 바람직한 예에서는, 상기 복수의 영구 자석은, 둘레방향에 교대로 상이한 극성이 되도록 매설되어 있다.

브리지간 각도 Θb 를 0<Θb≤10°의 범위로 설정하는 구성은, 토크 리플을 출력 토크의 평균치로 나눈 값 (토크 리플률) 을 저감시키는 데에 있어서 유효하다.

바람직한 예에서는, 상기 슬롯은, 상기 고정자의 둘레방향에 등피치로 배열되어 있다.

바람직한 예에서는, 상기 복수의 원주부는, 등피치로 배치되어 있다.

원주부를 등피치로 배치한 구성은, 토크의 저하 방지 및 토크 맥동의 억제면에서 바람직한 구성이다.

바람직한 예에서는, 상기 티스와 상기 회전자의 외주 사이의 공극의 크기는, 인접하는 한 쌍의 상기 영구 자석 사이에 위치하는 자극 전환부에 대응하는 공극이 가장 크다.

자극 전환부에 대응하는 공극을 가장 크게 한 구성은, 급격한 자속 밀도 변동을 완화시켜 토크 맥동의 억제에 기여한다.

바람직한 예에서는, 상기 고정자의 권선방식은 파권(波卷)이다.

파권은, 진동 억제에 유리하다.

바람직한 예에서는, 상기 영구 자석 매설형 회전전기에 있어서의 극수는, 6 으로 설정되어 있다.

바람직한 예에서는, 상기 영구 자석 매설형 회전전기에 있어서의 슬롯수는, 18 로 설정되어 있다.

청구항 10 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나에 기재된 영구 자석 매설형 회전전기를 카에어컨용 모터로서 사용하였다.

청구항 11 의 발명은, 회전전기에 의해 구동되는 회전축의 회전에 기초하는 압축 동작체의 압축 동작에 의해서 압축실 내의 가스를 압축하여 토출하는 밀폐형 전동 압축기에 있어서, 청구항 10 에 기재된 카에어컨용 모터를 상기 회전전기로서 사용하였다.

차재용 밀폐형 전동 압축기에서는, 소음 및 진동을 저감하려 하고, 또한 소형 경량화의 요구나, 출력 토크를 내리지 않으려 하는 요구도 강하다. 본 발명의 영구 자석 매설형 회전전기는, 이들 요구에 적합하다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 구체화한 제 1 실시형태를 도 1∼도 12 에 기초하여 설명한다.

도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 고정자 (11) 는 고리형 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, 18 개이다. 슬롯 (122) 은, 고리형 고정자 (11) 의 둘레방향에 등피치로 배열되어 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 코어 (12) 는, 자성체 (강판) 제의 복수매의 코어판 (14) 을 적층하여 구성되어 있다. 또, 슬롯 (122) 에 실시된 코일 (13) 은, 파권으로 감겨 있다.

일반적으로, 극수(極數) 를 p (정수), 상수(相數) 를 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. 또, 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, 고정자 (11) 의 앞쪽 단면측에 배선된 부분이고, 각 코일선 (13U, 13V, 13W) 의 파선 부분은, 고정자 (11) 의 맞은편 단면측에 배선된 부분이다. 각 코일선 (13U, 13V, 13W) 의 실선 부분과 파선 부분의 이음 부분은, 슬롯 (122U, 122V, 122W) 을 통하고 있는 부분이다. 부호 N 은, 각 코일선 (13U, 13V, 13W) 의 종단을 결선한 중성점을 나타낸다.

도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 회전자 (15) 는, 코어 (16) 와, 코어 (16) 내에 매설된 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 의 평판형상의 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 축구멍 (161) 이 관통형성되어 있다. 축구멍 (161) 에는 출력축 (도시 생략) 이 통과되어 고정된다.

도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 영구 자석 (17A, 17B) 은 축구멍 (161) 의 방향으로 코어 (16) 에 관통형성된 수용구멍 (162) 에 끼워 넣어져 있고, 영구 자석 (17A, 17B) 은 회전자 (15) 의 둘레방향에 인접하도록 코어 (16) 내에 자극으로서 매설되어 있다. 회전자 (15) 의 둘레방향에 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.

영구 자석 (17A, 17B) 의 자극 단부 (171) 와 자극 단부 (172) 사이의 중간 위치에 있는 자극 중심부 (173) 를 통하는 회전자 (15) 의 반경선 (151A, 151B) 은, 평판형상의 영구 자석 (17A, 17B) 에 대하여 직교한다. 회전자 (15) 의 회전중심 C 에 연결되는 반경선 (151A, 151B) 은 회전중심 C 를 중심으로 하는 등각도 간격 (60°) 의 위치에 있다. 또, 영구 자석 (17A, 17B) 은 회전자 (15) 의 회전중심 C 로부터 등거리의 위치에 있고, 영구 자석 (17A, 17B) 은 회전자 (15) 의 둘레방향에 등피치로 배열되어 있다.

수용구멍 (162) 의 양단 (자극 단부 (172, 173) 의 근방) 에는 공간 (163) 이 형성되어 있다. 수용구멍 (162) 에 영구 자석 (17A, 17B) 이 수용된 상태에서는, 영구 자석 (17A, 17B) 의 양단측에 자로 단락 방지용 공간 (163) 이 남겨진다.

도 1(b) 에 나타내는 바와 같이, 반경선 (151A, 151B) 을 포함하는 각도 폭 A 에 있어서의 회전자 (15) 의 외주는, 회전중심 C 를 중심으로 하는 반경 R 의 원주부 (19A, 19B) 에 형성되어 있다. 반경선 (151A) 은 원주부 (19A) 의 둘레방향에 있어서의 중심 위치 (191) 와 교차하고 있고, 반경선 (151B) 은 원주부 (19B) 의 둘레방향에 있어서의 중심 위치 (191) 와 교차하고 있다. 즉, 원주부 (19A, 19B) 의 단가장자리 (192) 를 통하는 반경선 (152) 과 반경선 (151A, 151B) 사이의 각도 폭은, 원주부 (19A, 19B) 의 단가장자리 (193) 를 통하는 반경선 (153) 과 반경선 (151A, 151B) 사이의 각도 폭과 동일하다.

원주부 (19A, 19B) 의 둘레방향에 있어서의 중심 위치 (191) 는 반경선 (151A, 151B) 상에 있고, 반경선 (151A, 151B) 은 회전중심 C 를 중심으로 하는 등각도 간격 (60°) 의 위치에 있다. 즉, 원주부 (19A, 19B) 는 둘레방향에 등피치로 배열되어 있고, 원주부 (19A, 19B) 는 영구 자석 (17A, 17B) 의 자극 중심부 (173) 에 대응하고 있다.

고정자 (11) 의 둘레방향에 등피치로 배열된 복수 (18 개) 의 슬롯 (122) 의 피치의 각도 폭 (회전자 (15) 의 회전중심 C 를 중심으로 하는 각도 폭) θ 는, 20°이다. 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 는, 고정자 (11) 의 둘레방향에 등피치로 배열된 슬롯 (122) 의 피치의 각도 폭 θ (=20°) 에 일치시켜져 있다.

영구 자석 (17A) 에 대응하는 원주부 (19A) 와, 영구 자석 (17B) 에 대응하는 원주부 (19B) 는 떨어져 있고, 인접하는 원주부 (19A) 와 원주부 (19B) 는, 회전자 (15) 의 반경방향의 외측으로 볼록한 볼록형상부 (20) 에 의해 연결되어 있다.

원주부 (19A) 의 단가장자리 (193) (또는 (192)) 와 원주부 (19B) 의 단가장자리 (192) (또는 (193)) 와 연결되는 볼록형상부 (20) 는, 원주부 (19A, 19B) 의 반경 R 보다 큰 반경의 원호주면이다. 각 볼록형상부 (20) 는, 어느 것이나 동일 형태 동일 크기이다. 따라서, 볼록형상부 (20) 는 원주부 (19A, 19B) 를 포함하는 반경 R 의 원주면 E 보다 내측, 그리고 단가장자리 (192) 와 단가장자리 (193) 를 연결하는 평면 H 보다 외측의 범위 내에서 회전자 (15) 의 반경방향의 외측을 향하여 돌출되어 있다. 즉, 볼록형상부 (20) 는, 원주면 E 와 평면 H 사 이의 영역 내 (원주면 E 상 및 평면 H 상을 제외한다) 에서 회전자 (15) 의 반경방향의 외측을 향하여 돌출되어 있다. 또, 볼록형상부 (20) 상의 임의의 2 점〔예를 들어 도 1(a) 에 나타내는 점 (202, 203)〕을 연결하는 직선 J〔도 1(a) 에 도시〕는, 볼록형상부 (20) 보다 내측에 위치한다.

도 1(b) 에서는, 볼록형상부 (20) 를 형성하는 원호주면 및 평면 H 는, 회전중심 C 의 축선 (이하, 회전중심 축선 C 라고 기재하기도 한다) 에 대하여 직교하는 가상 평면 (지면) 과의 교차부분 (즉 교차곡선) 으로서 나타나 있다. 이하에 있어서는, 평면 H 를 직선 H 로, 볼록형상부 (20) 를 형성하는 원호주면을 볼록 원호곡선 H1 로 치환하여 기재하기도 한다.

볼록형상부 (20) 의 돌출단 (201) 은, 영구 자석 (17A) 과 영구 자석 (17B) 사이에 위치하는 자극 전환부 (164) 에 대응한다. 즉, 티스 (121) 와 회전자 (15) 의 외주 사이의 공극의 크기 (즉, 원주면 E 와 회전자 (15) 의 외주 사이의 간격) 는, 인접하는 한 쌍의 영구 자석 (17A, 17B) 사이에 위치하는 자극 전환부 (164) 에 대응하는 공극 G 가 가장 크다. 즉, 회전자 (15) 의 반경은, 공극 G 에 대응하는 부분에서 최소이다.

도 5 의 (a) 의 막대그래프는, 본 실시형태의 회전자 (15), 도 12 의 (a), (b), (c), (d) 에 나타내는 회전자 (21, 22, 23, 24) 를 사용한 각 경우에 있어서의 토크 정수를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타낸다. 토크 정수란, 출력 토크의 평균값을 전류의 실효값으로 나눈 값이다. 도 5 의 (b) 의 막대그래프는, 본 실시형태의 회전자 (15), 회전자 (21, 22, 23, 24) 를 사용한 각 경우에 있어서의 토크 리플을 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타낸다. 토크 리플이란, 출력 토크의 변동폭의 크기이다. 고정자 (11) 는, 각 회전자 (21, 22, 23, 24) 의 어느 경우나 본 실시형태의 경우와 동일한 구성이다. 또, 영구 자석 (17A, 17B) 의 배치 및 크기는, 각 회전자 (21, 22, 23, 24) 의 어느 경우나 본 실시형태의 경우와 동일하다.

이들 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예에 있어서의 공통적인 해석조건은, 영구 자석 (17A, 17B) 의 폭 17W〔도 9 의 (a) 에 도시〕가 코어 (16) (회전자 (15)) 의 원주부 (19A, 19B) 의 반경 R 보다 작을 것, 및 에어갭 g〔원주부 (19A, 19B) 와 티스 (121) 사이의 간극의 크기로서 도 9 의 (a) 에 도시〕=0.5㎜, 극수 p=6, 슬롯 (122) 의 개수=p×3 (=18) 이다.

도 12 의 (a) 에 있어서의 회전자 (21) 의 외주는, 반경 R 의 원주면 E 이다. 도 12 의 (b) 에 있어서의 회전자 (22) 의 외주는, 반경 R 의 원주부 (19A, 19B) 와, 인접하는 원주부 (19A) 와 원주부 (19B) 를 연결하는 평면 H 로 이루어진다. 도 12 의 (c) 에 있어서의 회전자 (23) 의 외주는, 반경 R 의 원주부 (19A, 19B) 와, 인접하는 원주부 (19A) 와 원주부 (19B) 를 연결하는 오목형상부 (231) 로 이루어진다. 오목형상부 (231) 는, 평면 H 보다 내측으로 오목한 원호면이다. 도 12 의 (d) 에 있어서의 회전자 (24) 의 외주는, 회전자 (24) 의 반경이 인접하는 영구 자석 (17A, 17B) 사이의 자극 전환부 (164) 의 위치에서 최소가 되고, 또한 자극 단부 (171, 172) 사이의 자극 중심부 (173) 에서 최대가 되도록, 정현파형상의 둘레면 (정현파형상부 (241)) 을 연결하는 형상이다. 반 경선 (151A, 151B) 의 길이는, R 이다. 회전자 (24) 의 반경의 최소는, 회전자 (22) 의 최소 반경보다 크고, 회전자 (15) 의 최소 반경보다 작게 되어 있다.

도 5 의 (a) 의 그래프에 있어서의 막대 B1 은, 도 12 의 (a) 에 있어서의 회전자 (21) 의 경우의 토크 정수를 1 로서 나타내고 있다. 도 5 의 (a) 의 그래프에 있어서의 막대 Bo 는, 본 실시형태의 회전자 (15) 의 경우의 토크 정수를 막대 B1 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 도 5 의 (a) 의 그래프에 있어서의 막대 B2 는, 도 12 의 (b) 에 있어서의 회전자 (22) 의 경우의 토크 정수를 막대 B1 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 도 5 의 (a) 의 그래프에 있어서의 막대 B3 은, 도 12 의 (c) 에 있어서의 회전자 (23) 의 경우의 토크 정수를 막대 B1 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 도 5 의 (a) 의 그래프에 있어서의 막대 B4 는, 도 12 의 (d) 에 있어서의 회전자 (24) 의 경우의 토크 정수를 막대 B1 에 대한 비율로서 나타내고 있다.

도 5 의 (b) 의 그래프에 있어서의 막대 D1 은, 회전자 (21) 의 경우의 토크 리플을 1 로서 나타내고 있다. 도 5 의 (b) 의 그래프에 있어서의 막대 Do 는, 본 실시형태의 회전자 (15) 의 경우의 토크 리플을 막대 D1 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 도 5 의 (b) 의 그래프에 있어서의 막대 D2 는, 회전자 (22) 의 경우의 토크 리플을 막대 D1 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 도 5 의 (b) 의 그래프에 있어서의 막대 D3 은, 회전자 (23) 의 경우의 토크 정수를 막대 D1 에 대한 비율로서 나타내고 있다. 도 5 의 (b) 의 그래프에 있어서의 막대 D4 는, 회전자 (24) 의 경우의 토크 정수를 막대 D1 에 대한 비율로서 나타내고 있다.

도 6 의 그래프에 있어서의 곡선 T 는, 회전자 (15) 에 있어서의 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 와, 토크 리플의 관계를 나타낸다. 곡선 T 는, FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구해진 것으로, 해석조건은, 도 5 의 (a), (b) 의 경우와 동일하다. 가로축은, 회전자 (15) 의 회전중심 C 를 중심으로 한 각도 폭 A 를 나타내고, 세로축은, 도 12 의 (a) 에 있어서의 회전자 (21) 의 경우 (각도 폭 A=60°) 의 토크 리플을 1 로 한 토크 리플비를 나타낸다.

도 7 의 (a1) 의 그래프에 있어서의 곡선 L1 은, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 0°일 때의 하나의 티스 (121) 에 있어서의 자속 변화를 나타내고, 도 7 의 (b1) 의 그래프에 있어서의 곡선 L2 는, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 10°일 때의 하나의 티스 (121) 에 있어서의 자속 변화를 나타낸다. 도 7 의 (c1) 의 그래프에 있어서의 곡선 Lo 는, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 20°일 때의 하나의 티스 (121) 에 있어서의 자속 변화를 나타낸다. 도 7 의 (d1), (e1), (f1) 의 그래프에 있어서의 곡선 L3, L4, L5 는, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 30°, 40°, 50°일 때의 하나의 티스 (121) 에 있어서의 자속 변화를 나타낸다. 곡선 L1, L2, Lo, L3, L4, L5 는, FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구해진 것으로, 해석조건은, 도 5 의 (a), (b) 의 경우와 동일하다.

도 7 의 (a2) 의 그래프에 있어서의 곡선 Q1 은, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 0°일 때의 전체 티스 (121) 에 있어서의 자속의 총합 변화를 나타내고, 도 7 의 (b1) 의 그래프에 있어서의 곡선 Q2 는, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 10°일 때의 전체 티스 (121) 에 있어서의 자속의 총합 변화를 나타낸다. 도 7 의 (c1) 의 그래프에 있어서의 선 Qo 는, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 20°일 때의 전체 티스 (121) 에 있어서의 자속의 총합 변화를 나타낸다. 도 7 의 (d1), (e1), (f1) 의 그래프에 있어서의 곡선 Q3, Q4, Q5 는, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 30°, 40°, 50°일 때의 전체 티스 (121) 에 있어서의 자속의 총합 변화를 나타낸다. 곡선 QI, Q2, Q3, Q4, Q5 및 선 Qo 는, FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구해진 것으로, 해석조건은, 도 5 의 (a), (b) 의 경우와 동일하다.

도 8 의 (a) 의 그래프에 있어서의 곡선 Lo 는, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 20°일 때의 하나의 티스 (121) 에 있어서의 자속 변화를 나타내고, 곡선 X 는, 회전자의 외주면을 정현파 곡선으로 형성한 경우〔도 12 의 (d) 참조〕의 하나의 티스 (121) 에 있어서의 자속 변화를 나타낸다. 도 8 의 (b) 의 그래프에 있어서의 선 Yo 는, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 20°일 때의 전체 티스 (121) 에 있어서의 자속의 총합 변화를 나타내고, 선 Z 는, 회전자의 외주면을 정현파 곡선으로 형성한 경우〔도 12 의 (d) 참조〕의 하나의 티스 (121) 에 있어서의 자속 변화를 나타낸다. 곡선 Lo, X 및 선 Yo, Z 는, FEM.(유한 요소법) 해석에 의해서 구해진 것으로, 해석조건은, 도 5 의 (a), (b) 의 경우와 동일하다.

도 9 의 (a) 에 있어서의 반경선 (154) 은, 돌출단 (201) (볼록형상부 (20) 상에 있어서 원주부 (19A, 19B) 의 단가장자리 (192) 와 단가장자리 (193) 사이의 정중앙 위치) 와, 회전중심 C 를 통하여 볼록형상부 (20) 의 원중심을 연결하는 볼록 원호 반경선이다. 즉, 볼록 원호 반경선 (154) 은, 볼록형상부 (20) 를 둘 레방향으로 2 등분할하는 볼록형상부 (20) 의 반경선이다. 볼록 원호 반경선 (154) 의 길이는, 볼록형상부 (20) 에 있어서의 최소 반경 (볼록형상부 (20) 와 회전중심 C 를 연결하는 반경선 중 최단 반경선의 길이) 이다. 이하, 볼록형상부 (20) 에 있어서의 최소 반경을 최소 반경 Rmin 으로 기재한다. Dh 는, 돌출단 (201) 과, 단가장자리 (192, 193) 사이에 있어서의 원주면 E 를 2 등분할하는 중간위치 (190) 와의 직선거리를 나타낸다. 돌출단 (201) 과 중간위치 (190) 는, 볼록 원호 반경선 (154) 의 연장선형상으로 있고, Dh 는, 원주부 (19A, 19B) 의 반경 R 과 최소 반경 Rmin 의 차를 나타낸다. 이하, Dh 를 깊이 Dh 로 기재한다.

도 9 의 (b) 에 있어서의 반경선 (155) 은, 평면 H 를 둘레방향으로 2 등분할하는 중간위치 Ho 와 회전중심 C 를 연결하는 반경선으로, 볼록 원호 반경선 (154) 과 겹친다. 반경선 (155) 의 길이는, 평면 H 에 있어서의 최소 반경 (평면 H 와 회전중심 C 를 연결하는 반경선 중 최단 반경선의 길이) 이다. 이하, 평면 H 에 있어서의 최소 반경을 최소 반경 Hr〔도 9 의 (a) 에 도시〕로 기재한다. Dmax 는, 중간위치 Ho 와 중간위치 (190) 의 직선거리를 나타내고, 반경 R 과 최소 반경 Hr 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.

도 9 의 (a), (b) 에 있어서의 원호 (20E) 는, 원호형상의 볼록형상부 (20) 와 동심 원의 일부이다. 점 (165) 은, 영구 자석 (17A) 측 수용구멍 (162) 의 일부인 공간 (163) 의 형성벽면과 원호 (20E) 의 접점이고, 점 (166) 은, 영구 자석 (17B) 측 수용구멍 (162) 의 일부인 공간 (163) 의 형성벽면과 원호 (20E) 의 접점이다. 선 (156) 은, 접점 (165) 을 통하여 볼록형상부 (20) 의 원중심과 볼록형상부 (20) 를 연결한 볼록형상부 (20) 에 관한 반경선 (볼록형상부 (20) 의 원중심과 볼록형상부 (20) 를 연결하는 볼록 원호 반경선) 을 나타낸다. 선 (157) 은, 접점 (166) 을 통하여 볼록형상부 (20) 의 원중심과 볼록형상부 (20) 를 연결한 볼록형상부 (20) 에 관한 반경선 (볼록형상부 (20) 의 원중심과 볼록형상부 (20) 를 연결하는 볼록 원호 반경선) 을 나타낸다. Bmin1 은, 영구 자석 (17A) 측 수용구멍 (162) 의 일부인 공간 (163) 의 형성벽면과 볼록 원호 반경선 (156) 의 접점 (165) 과, 볼록 원호 반경선 (156) 과 볼록형상부 (20) 의 교점 (204) 과의 직선거리를 나타낸다. Bmin2 는, 영구 자석 (17B) 측 수용구멍 (162) 의 일부인 공간 (163) 의 형성벽면과 볼록 원호 반경선 (157) 의 접점 (166) 과, 볼록 원호 반경선 (157) 과 볼록형상부 (20) 의 교점 (205) 과의 직선거리를 나타낸다. 직선거리 Bmin1, Bmin2 는, 수용구멍 (162) 의 형성벽면과 볼록형상부 (20) 를 연결하는 직선 중 최단 직선의 길이를 나타내고, Bmin1=Bmin2 이다. 즉, 접점 (165) 과 교점 (204) 사이의 간격부 (Br1) 는, 수용구멍 (162) 의 형성벽면과 볼록형상부 (20) 사이의 최소 간격이 되고, 접점 (166) 과 교점 (205) 사이의 간격부 (Br2) 는, 수용구멍 (162) 의 형성벽면과 볼록형상부 (20) 사이의 최소 간격이 된다. 이하, 간격부 (Br1) 를 최소 간격부 (Br1) 로 기재하고, 간격부 (Br2) 를 최소 간격부 (Br2) 로 기재한다. 또, 접점 (165) 을 최소 간격부 (Br1) 의 기 점 (165) 으로 기재하고, 접점 (166) 을 최소 간격부 (Br2) 의 기점 (166) 으로 기재한다.

Θb 는, 회전중심 C 와 최소 간격부 (Br1) 의 기점 (165) 을 연결하는 반경선 (158) 과, 회전중심 C 와 최소 간격부 (Br2) 의 기점 (166) 을 연결하는 반경선 (159) 사이의 각도 폭을 나타낸다. 즉, Θb 는, 인접하는 한 쌍의 수용구멍 (162) 의 일방과 볼록형상부 (20) 사이의 최소 간격부 (Br1) 에 대응하는 상기 일방의 수용구멍 (162) 측 기점 (165) 과, 인접하는 한 쌍의 수용구멍 (162) 의 타방과 볼록형상부 (20) 사이의 최소 간격부 (Br2) 에 대응하는 상기 타방의 수용구멍 (162) 측 기점 (166) 이 회전자 (15) 의 회전중심 C 를 중심으로 하여 이루어지는 각도 폭을 나타낸다. 이하, Θb 를 브리지간 각도 Θb 로 기재한다. 도시하는 예에서는, 기점 (165, 166) 은, 각각 하나로 확정한다.

또, 최소 간격부 (Br1) 를 발생시키는 기점 (165) 이 복수 존재하는 경우에는, 영구 자석 (17A) 의 자극 중심부 (173) 에 가장 가까운 기점 (165) 을 채용하고, 최소 간격부 (Br2) 를 발생시키는 기점 (166) 이 복수 존재하는 경우에는, 영구 자석 (17B) 의 자극 중심부 (173) 에 가장 가까운 기점 (166) 을 채용한다. 즉, 최소 간격부 (Br1, Br2) 를 발생시키는 기점 (165, 166) 이 복수 쌍 존재하는 경우에는, 회전중심 C 를 중심으로 하는 기점 (165, 166) 사이의 각도 폭 중, 가장 큰 각도 폭이 브리지간 각도 Θb 로서 채용된다. 또, 수용구멍 (162) 의 일부가 되는 공간 (163) 의 형성벽면과 원호 (20E) 가 원호 (20E) 의 둘레방향에 선접촉하는 경우, 기점 (165, 166) 은 무한개 존재하게 되는데, 이 경우에도, 영구 자 석 (17A) 의 자극 중심부 (173) 에 가장 가까운 기점 (165) 이 채용되는 동시에, 영구 자석 (17B) 의 자극 중심부 (173) 에 가장 가까운 기점 (166) 이 채용된다.

도 11 의 (a) 의 그래프는, 회전자의 회전위치와, 하나의 티스 (121) 에 작용하는 힘의 관계를 나타낸다. 파형 Δ 과 가로축은, 가로축 상의 시단과 종단의 각도 간격이 40°인 2 등변삼각형을 형성하고 있다. 모든 티스 (121) 에 관한 이러한 파형 Δ 을 합성하면, 도 11 의 (b) 의 그래프에 있어서의 직선 TΔ 이 얻어진다. 즉, 하나의 티스 (121) 에 작용하는 힘이 파형 Δ 으로 표시되는 힘이면, 출력 토크는 일정해지고, 토크 리플은 0 이 된다.

도 11 의 (a) 의 그래프에 있어서의 파형 Eλ 는, 도 12 의 (a) 의 회전자 (21) 를 사용한 경우에, 회전자 (21) 의 회전위치와, 하나의 티스 (121) 에 작용하는 힘의 관계를 나타낸다. 모든 티스 (121) 에 관한 이러한 파형 Eλ 를 합성하면, 도 11 의 (b) 의 그래프에 있어서의 합성 파형 Te 가 얻어진다. 즉, 하나의 티스 (121) 에 작용하는 힘이 파형 Eλ 로 표시되는 힘이면, 토크 리플이 0 이 아닌 출력 토크가 초래된다. 즉, 파형 Eλ 의 형상을 파형 Δ 의 형상에 가까이 하면 가까이 할 수록 토크 리플을 작게 할 수 있다.

도 12 의 (a) 의 회전자 (21) 를 사용하여 상기한 공통의 해석조건, 브리지간 각도 Θb=5.2°의 조건 하에 FEM 해석한 결과에 있어서의 토크 리플률 Ri 는, 도 12 의 (a) 의 회전자 (21) 를 사용하여 상기한 공통의 해석조건, 브리지간 각도 Θb=10°의 조건 하에 FEM 해석한 결과에 있어서의 토크 리플률보다 작다. 이 하, 도 12 의 (a) 의 회전자 (21) 를 사용하여 상기한 공통의 해석조건, 브리지간 각도 Θb=5.2°의 조건 하에 FEM 해석한 결과에 있어서의 토크 리플률 Ri 에 대한, 어떤 토크 리플률 Rx 의 비율 Rx/Ri 를 토크 리플률비라고 하기로 한다. 토크 리플률비 Rx/Ri 는, 토크 리플률 Rx 에 정비례한다.

또, 여기에서의 브리지간 각도 Θb=10°, 5.2°란, 인접하는 한 쌍의 수용구멍 (162) 의 일방과 반경 R 의 원주면 E 사이의 최소 간격부와, 인접하는 한 쌍의 수용구멍 (162) 의 타방과 반경 R 의 원주면 E 사이의 최소 간격부가 회전자 (21) 의 회전중심을 중심으로 하여 이루어지는 각도 폭 중 최대 각도 폭을 나타낸다.

도 10 의 (a) 의 그래프는, 회전자 (15) 를 사용하여 브리지간 각도 Θb 를 변화시킨 경우의 토크 리플률비 Rx/Ri 의 변화를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예를 나타낸다. 가로축은, 브리지간 각도 Θb 의 값을 나타내고, 세로축은, 토크 리플률비 Rx/Ri 의 값을 나타낸다. 그래프 중 흑점은, FEM 해석에 의해서 얻어진 실데이터이다.

도 10 의 (b) 의 그래프는, 회전자 (15) 를 사용하여 각도 폭 A 를 변화시킨 경우의 토크 리플률비 Rx/Ri 의 변화를 FEM 해석에 의해서 구한 예를 나타낸다. 가로축은, 각도 폭 A 의 값을 나타내고, 세로축은, 토크 리플률비 Rx/Ri 의 값을 나타낸다. 그래프 중 흑점은, FEM 해석에 의해서 얻어진 실데이터이다.

도 10 의 (c) 의 그래프는, 회전자 (15) 를 사용하여 깊이 Dh 를 변화시킨 경우의 토크 리플률비 Rx/Ri 의 변화를 FEM 해석에 의해서 구한 예를 나타낸다. 가로축은, 깊이 Dh 의 값을 나타내고, 세로축은, 토크 리플률비 Rx/Ri 의 값을 나 타낸다. 그래프 중 흑점은, FEM 해석에 의해서 얻어진 실데이터이다.

이들 FEM (유한 요소법) 해석에 의해서 구한 예에 있어서의 공통된 해석조건은, 영구 자석 (17A, 17B) 의 폭 17W〔도 9 의 (a) 에 도시〕가 코어 (16) (회전자 (15)) 의 원주부 (19A, 19B) 의 반경 R 보다 작을 것, 및 에어갭 g〔원주부 (19A, 19B) 와 티스 (121) 사이의 간극의 크기로서 도 9 의 (a) 에 도시〕=0.5㎜, 극수 p=6, 슬롯 (122) 의 개수=p×3 (=18) 이다.

도 10 의 (a) 의 FEM 해석예에 있어서의 상기 공통의 해석조건 이외의 해석조건은, 각도 폭 A=26°, 깊이 Dh=0.5㎜ 이다. 도 10 의 (a) 의 FEM 해석예에 의하면, 브리지간 각도 Θb 를 0°<Θb≤10°의 범위로 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 1 미만으로 억제할 수 있다. 브리지간 각도 Θb 를 0°<Θb≤ 8°의 범위로 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.75 미만으로 억제할 수 있다. 브리지간 각도 Θb 를 0°<Θb≤ 6°의 범위로 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.5 미만으로 억제할 수 있다. 특히, 브리지간 각도 Θb=5.2°는, 토크 리플률의 저감 효과를 충분히 도출하고, 또한 자극간 강도를 확보하는 데에 있어서 최적이다.

도 10 의 (b) 의 FEM 해석예에 있어서의 상기 공통의 해석조건 이외의 해석조건은, 깊이 Dh=0.5㎜, 브리지간 각도 Θb=5.2°이다. 도 10 의 (b) 의 FEM 해석예에 의하면, 각도 폭 A 를 14°≤A≤34°의 범위로 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 1 미만으로 억제할 수 있다.

각도 폭 A 를 17°≤A≤30°의 범위로 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.75 미만으로 억제할 수 있다.

각도 폭 A 를 24°≤A≤28°의 범위로 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.5 미만으로 억제할 수 있다. 특히, A=26°는, 토크 리플률의 저감 효과를 충분히 도출하는 데에 있어서 최적이다.

도 10 의 (c) 의 FEM 해석예에 있어서의 상기 공통의 해석조건 이외의 해석조건은, 각도 폭 A=26°, 브리지간 각도 Θb=5.2°이다. 도 10 의 (c) 의 FEM 해석예에 의하면, 깊이 Dh 를 0<Dh≤1㎜ 의 범위로 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 1 미만으로 억제할 수 있다.

깊이 Dh 를 0.2㎜≤Dh≤0.8㎜ 의 범위로 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.75 미만으로 억제할 수 있다.

깊이 Dh 를 0.4㎜≤Dh≤0.6㎜ 의 범위로 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.5 미만으로 억제할 수 있다. 특히, Dh=0.5㎜ 는, 토크 리플률의 저감 효과를 충분히 도출하는 데에 있어서 최적이다.

도 10 의 (d) 의 그래프에 있어서의 파형 A1 은, 도 10 의 (a) 의 FEM 해석예에 있어서 브리지간 각도 Θb=5.2°로 한 경우의, 회전자 (15) 의 회전위치와, 하나의 티스 (121) 에 작용하는 힘의 관계를 나타낸다. 도 10 의 (e) 의 그래프에 있어서의 파형 A2 는, 도 10 의 (b) 의 FEM 해석예에 있어서 각도 폭 A=26°로 한 경우의, 회전자 (15) 의 회전위치와, 하나의 티스 (121) 에 작용하는 힘의 관계를 나타낸다. 도 10 의 (f) 의 그래프에 있어서의 파형 A3 은, 도 10 의 (c) 의 FEM 해석예에 있어서 깊이 Dh=0.5㎜ 로 한 경우의, 회전자 (15) 의 회전위 치와, 하나의 티스 (121) 에 작용하는 힘의 관계를 나타낸다. 모든 티스 (121) 에 관한 파형 A1 의 합성 파형에 있어서의 토크 리플률은 매우 작다. 마찬가지로 모든 티스 (121) 에 관한 파형 A2 의 합성 파형에 있어서의 토크 리플률은 매우 작고, 모든 티스 (121) 에 관한 파형 A3 의 합성 파형에 있어서의 토크 리플률은 매우 작다.

도 10 의 (a) 의 FEM 해석예는, 각도 폭 A=26°, 깊이 Dh=0.5㎜ 라는 조건 하에 행해지고 있고, 각도 폭 A 의 값 또는 깊이 Dh 의 값을 바꾸면, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 변한다. 즉, 각도 폭 A 의 값을 26°로부터 별도의 값으로 바꾸면, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 증가하는 경향이 있고, 깊이 Dh 의 값을 0.5㎜ 로부터 별도의 값으로 바꾸면, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 증가하는 경향이 있다. 그러나, 각도 폭 A 의 값 또는 깊이 Dh 의 값을 알맞게 변경하면, 0°<Θb<10°의 범위로 설정된 브리지간 각도 Θb 에 관해서, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 1 미만으로 할 수 있다. 마찬가지로, 각도 폭 A 의 값 또는 깊이 Dh 의 값을 알맞게 변경하면, 0°<Θb<8°의 범위로 설정된 브리지간 각도 Θb 에 관해서, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.75 미만으로 할 수 있다. 마찬가지로, 각도 폭 A 의 값 또는 깊이 Dh 의 값을 알맞게 변경하면, 0°<Θb<6°의 범위로 설정된 브리지간 각도 Θb 에 관해서, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.5 미만으로 할 수 있다.

도 10 의 (b) 의 FEM 해석예는, 브리지간 각도 Θb=5.2°, 깊이 Dh=0.5㎜ 라는 조건 하에 행해지고 있고, 브리지간 각도 Θb 의 값 또는 깊이 Dh 의 값을 바꾸면, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 변한다. 즉, 브리지간 각도 Θb 의 값을 5.2°로 부터 큰 값으로 바꾸면, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 증가하는 경향이 있고, 깊이 Dh 의 값을 0.5㎜ 로부터 별도의 값으로 바꾸면, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 증가하는 경향이 있다. 그러나, 브리지간 각도 Θb 의 값 또는 깊이 Dh 의 값을 알맞게 변경하면, 14°<A<34°의 범위로 설정된 각도 폭 A 에 관해서, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 1 미만으로 할 수 있다. 마찬가지로, 브리지간 각도 Θb 의 값 또는 깊이 Dh 의 값을 알맞게 변경하면, 17°<A<30°의 범위로 설정된 각도 폭 A 에 대해서, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.75 미만으로 할 수 있다. 마찬가지로, 각도 폭 A 의 값 또는 깊이 Dh 의 값을 알맞게 변경하면, 24°<A<28°의 범위로 설정된 각도 폭 A 에 관해서, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.5 미만으로 할 수 있다.

도 10 의 (c) 의 FEM 해석예는, 브리지간 각도 Θb=5.2°, 각도 폭 A=26°라는 조건 하에 행해지고 있고, 브리지간 각도 Θb 의 값 또는 각도 폭 A 의 값을 바꾸면, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 변한다. 즉, 브리지간 각도 Θb 의 값을 5.2°로부터 크게 하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 증가하는 경향이 있고, 각도 폭 A 의 값을 26°로부터 별도의 값으로 바꾸면, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 증가하는 경향이 있다. 그러나, 브리지간 각도 Θb 의 값 또는 각도 폭 A 의 값을 알맞게 변경하면, 0<Dh<1㎜ 의 범위로 설정된 깊이 Dh 에 관해서, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 1 미만으로 할 수 있다. 마찬가지로, 브리지간 각도 Θb 의 값 또는 각도 폭 A 의 값을 알맞게 변경하면, 0.2㎜<Dh<0.8㎜ 의 범위로 설정된 깊이 Dh 에 관해서, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.75 미만으로 할 수 있다. 마찬가지로, 브리지간 각도 Θb 의 값 또는 각도 폭 A 의 값을 알맞게 변경하면, 0.4㎜<Dh<0.6㎜ 의 범위로 설정된 깊이 Dh 에 관해서, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 0.5 미만으로 할 수 있다.

이상에 나타낸 등식 및 부등식에 의해서 표시되는 각도 폭 A 및 깊이 Dh 의 범위는, R=25.5㎜ 및 극수 p=6 인 경우에 대응하는 것이지만, 반경 R 이 25.5㎜ 가 아닌 경우, 또는 극수 p 가 6 이 아닌 경우에는, Dh 를 Dhr=Dh×25.5/R 로 표시되는 Dhr 로 치환하고, A 를 A×p/6 으로 치환하면 된다.

이어서, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 1 미만이 되는 각도 폭 A 와 깊이 Dh 의 범위를 도 13 에 기초하여 설명한다.

도 13 의 (a) 의 그래프는, 회전자 (15) 를 사용하여 각도 폭 A 를 변화시킨 경우의 토크 리플률비 Rx/Ri 의 변화를 FEM (유한 요소법) 해석에 의해 구한 예를 나타낸다. 가로축은, 각도 폭 A 의 값을 나타내고, 세로축은, 토크 리플률비 Rx/Ri 의 값을 나타낸다. 그래프 중 흑점은, FEM 해석에 의해서 얻어진 실데이터이다.

도 13 의 (a) 의 그래프에 있어서의 실데이터군 Γ(0.1), Γ(0.2), Γ(0.3), Γ(0.4), Γ(0.5), Γ(0.6), Γ(0.8), Γ(1), Γ(1.2), Γ(1.4) 는, 이 순서로 깊이 Dh=0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1, 1.2, 1.4 (단위 ㎜) 로 한 조건, 상기 공통의 해석조건, 및 브리지간 각도 Θb=5.2°로 한 조건 하에 행해진 데이터이다.

도 13 의 (b) 의 그래프는, 도 13 의 (b) 의 그래프에 기초하여 각도 폭 A 와 깊이 Dh 의 적정한 조합 범위를 결정하기 위해서 준비된 설명도이다. 도 13 의 (b) 에 있어서의 세로축은, 각도 폭 A 를 나타내고, 가로축은, 깊이 Dh 를 나타낸다. 도 13 의 (b) 에 흑점으로 나타내는 실데이터군은, 실데이터군 Γ(0.1), Γ(0.2), Γ(0.3), Γ(0.4), Γ(0.5), Γ(0.6), Γ(0.8), Γ(1), Γ(1.2), Γ(1.4) 중, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 1 미만이 되는 실데이터만을 나타내고 있다.

곡선 Ω 은, 곡선 Ω 보다 하측의 각도 폭 A 와, 곡선 Ω 보다 좌측의 깊이 Dh 에 의해 볼록형상부 (20) 를 형성할 수 있지만, 곡선 Ω 을 포함하는 상측의 각도 폭 A 와, 곡선 Ω 을 포함하는 우측의 깊이 Dh 에 의해서는 볼록형상부 (20) 를 형성할 수 없다는 각도 폭 A 및 깊이 Dh 의 상한을 나타낸다. 직선 F, Σ 는, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 1 미만으로 제한하기 위해서 설정된 직선이다. 곡선 Ω 과 직선 F, Σ 와 세로축에 의해 둘러싸인 영역은, 토크 리플률비 Rx/Ri 가 1 미만이 되는 영역이다.

곡선 Ω 은, 다음 식 (2) 에 의해 나타내어진다.

A=〔360/p-2×acos(1-Dh/R)〕°… (2)

p 는, 극수이다. acos(1-Dh/R) 은, (1-Dh/R) 이라는 값을 발생시키는 cosσ 에 있어서의 각도 σ 를 나타낸다.

직선 F 는, 다음 식 (3) 에 의해 나타내어진다.

A=35°×6/p … (3)

직선 Σ 는, 다음 식 (4) 에 의해 나타내어진다.

A=(5.8×Dh＋11.3)°×6/p … (4)

이상의 식 (2)∼(4) 부터 종합하면, 하기 식 (1-0) 으로 표시되는 범위로 각 도 폭 A 및 깊이 Dh 를 설정하면, 토크 리플률비 Rx/Ri 를 1 미만으로 할 수 있다.

(5.6×Dh＋11.3)°×6/p≤A<35°×6/p

또한

A<〔360/p-2×acos(1-Dh/R)〕°… (1-0)

식 (1-0) 은, R=25.5㎜ 의 경우에 대응하는 것이지만, 반경 R 이 25.5㎜ 이 아닌 경우에도, Dhr=Dh×25.5/R 로 함으로써, 식 (1-0) 을 다음 식 (1) 로 확장할 수 있다.

(5.6×Dhr＋11.3)°×6/p≤A<35°×6/p

또한

A<〔360/p-2×acos(1-Dhr/25.5)〕° (1)

제 1 실시형태에서는 이하의 효과가 얻어진다.

(1-1) 도 5 의 (a) 의 그래프로부터 분명한 바와 같이, 본 실시형태의 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토크 정수는, 외주가 반경이 일정 (=R) 한 회전자 (21) 의 경우에 있어서의 토크 정수와 거의 변함이 없다. 또, 본 실시형태의 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토크 정수는, 회전자 (22, 23, 24) 의 각 경우에 있어서의 토크 정수보다 크다. 즉, 회전자 (22, 23, 24) 의 각 경우에 있어서의 토크의 저하는, 본 실시형태의 회전자 (15) 의 경우보다 크고, 특히 회전자 (23, 24) 의 각 경우에 있어서의 토크의 저하가 현저하다.

도 5 의 (b) 의 그래프로부터 분명한 바와 같이, 본 실시형태의 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토크 리플은, 외주가 반경이 일정 (=R) 한 회전자 (21) 의 경 우에 있어서의 토크 리플에 비하여 크게 저하되어 있다. 또, 회전자 (22, 23, 24) 의 각 경우에 있어서의 토크 리플도, 회전자 (21) 의 경우에 있어서의 토크 리플에 비해 작지만, 본 실시형태의 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토크 리플은, 회전자 (22, 23) 의 각 경우에 있어서의 토크 리플과 비교해도 작다. 회전자 (24) 에 있어서의 토크 리플은, 본 실시형태의 회전자 (15) 의 경우에 있어서의 토크 리플과 동일한 정도의 크기이지만, 도 5 의 (a) 의 그래프로부터 분명한 바와 같이 회전자 (24) 의 경우에 있어서의 토크는, 본 실시형태의 회전자 (15) 의 경우에 비하여 크게 떨어진다.

도 8 의 (a) 의 그래프에 의하면, 자속 변화는, 본 실시형태의 회전자 (15) 및 도 12 의 (d) 의 회전자 (24) 모두 작다. 그러나, 도 8 의 (b) 의 그래프에 의하면, 전체의 자속량은, 본 실시형태의 회전자 (15) 쪽이 도 12 의 (d) 의 회전자 (24) 에 비하여 많고, 도 8 의 (b) 의 FEM 해석결과는, 토크에 관해서, 본 실시형태의 회전자 (15) 가 도 12 의 (d) 의 회전자 (24) 에 비하여 유리함을 나타내고 있다.

도 5 의 (a), (b) 의 FEM 해석결과로부터 분명한 바와 같이, 본 실시형태의 회전자 (15) 는, 토크의 크기 및 토크 맥동의 억제에 관해서, 다른 회전자 (21, 22, 23, 24) 보다 우수하다. 고정자 (11) 측 티스 (121) 와 회전자 (15) 의 외주 사이의 공극을 원주부 (19A, 19B) 의 전체에 걸쳐 최소로 하는 구성은, 토크 저하의 회피에 기여한다. 회전자 (15) 의 외주면에서의 자속 변동을 매끄럽게 하는 볼록형상부 (20) 는, 토크 맥동의 억제에 기여함과 함께, 토크 저하의 회피에도 기여한다. 즉, 토크의 크기 및 토크 맥동의 억제에 관해서, 본 실시형태의 회전자 (15) 가 다른 회전자 (21, 22, 23, 24) 보다 우수하다는 결과는, 떨어저 인접하는 원주부 (19A, 19B) 를 볼록형상부 (20) 에 의해서 연결한다는 구성에 의해서 발생된다.

(1-2) 볼록형상부 (20) 는, 원주부 (19A, 19B) 의 반경 R 보다 큰 반경의 볼록 원호곡선 H1 에 의해서 형성되어 있다. 도 5 의 (b) 의 FEM 해석결과로부터 분명한 바와 같이, 회전자 (15) 의 외주면에서의 자속 변동을 매끄럽게 하는 볼록 원호곡선 H1 (원호주면) 은, 토크 맥동의 억제에 바람직하다.

또, 원주부 (19A) 의 단가장자리 (192) 와 원주부 (19B) 의 단가장자리 (193) 에 원주부 (19A, 19B) 의 반경 R 보다 큰 반경의 볼록 원호곡선 H1 을 연결하면, 이 볼록 원호곡선 H1 은, 원주면 E 와 평면 H 사이의 영역 내 (원주면 E 상과 평면 H 상을 제외한다) 에서 반경방향의 외측을 향하여 볼록해진다. 따라서, 볼록 원호곡선 H1 (원호주면) 은, 원주면 E 와 평면 H 사이의 영역 내 (원주면 E 상과 평면 H 상을 제외한다) 에, 반경방향의 외측을 향하여 볼록한 회전자 (15) 의 외주면을 형성하는 데에 있어서 바람직한 곡선 (곡면) 이다.

(1-3) 도 6 의 FEM 해석결과로부터 분명한 바와 같이, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 가 20°일 때에 토크 리플이 최소가 된다. 도 7 의 (a2), (b2), (c2), (d2), (e2), (f2) 의 그래프는, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 와, 회전자 (15) 의 회전중심 C 를 중심으로 하는 슬롯 (122) 의 피치의 각도 폭 θ (=20°) 을 일치시킨 경우에, 전체 자속 변화가 가장 작아지는 것을 나타낸다.

즉, 원주부 (19A, 19B) 의 각도 폭 A 와, 회전자 (15) 의 회전중심 C 를 중심으로 하는 슬롯 (122) 의 피치의 각도 폭 θ (=20°) 을 일치시킨 구성은, 토크 리플을 작게 하는 데에 있어서 특히 바람직하다.

(1-4) 도 5 의 (a), (b) 및 도 6 의 해석결과는, 원주부 (19A, 19B) 가 둘레방향에 등피치로 배치되어 있는 것을 전제로 하여 얻어지고 있다. 즉, 복수의 원주부 (19A, 19B) 를 등피치로 배치한 구성은, 토크의 저하 방지 및 토크 맥동의 억제면에서 바람직한 구성이다.

(1-5) 티스 (121) 와 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 전환부 (164) 에 대응하는 공극 G 을 가장 크게 한 구성은, 급격한 자속 밀도 변동을 완화시켜 토크 맥동의 억제에 기여한다.

(1-6) 고정자 (11) 의 권선방식을 3 상의 파권으로 한 구성은, 진동 억제에 유리하다.

(1-7) 볼록 원호곡선 H1 에 의해서 형성된 원호주면형상의 볼록형상부 (20) 를 가짐과 함께, p=6 의 구성인 회전자 (15) 및 18 개의 슬롯 (122) 을 갖는 고정자 (11) 를 사용한 영구 자석 매설형 회전전기에서는, 브리지간 각도 Θb 를 0<Θb≤10°의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 유효하다. 브리지간 각도 Θb 를 0<Θb≤10°의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 바람직하다. 브리지간 각도 Θb 를 0<Θb≤8°의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률비 Rx/Ri, 즉 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 더욱 바람직 하다. 브리지간 각도 Θb 를 0<Θb≤6°의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 더욱 바람직하다. 브리지간 각도 Θb=5.2°는, 특히 바람직하다. 각도 폭 A 를 26°로 설정함과 함께, 깊이 Dh 를 0.5㎜ 로 설정하는 구성은, 토크 리플률의 저감 효과를 충분히 도출하는 데에 있어서 더욱 바람직하다.

(1-8) 볼록 원호곡선 H1 에 의해서 형성된 원호주면형상의 볼록형상부 (20) 를 가짐과 함께, p=6 의 구성인 회전자 (15) 및 18 개의 슬롯 (122) 을 갖는 고정자 (11) 를 사용한 영구 자석 매설형 회전전기에서는, 깊이 Dh 를 0<Dh≤1㎜ 의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률비 Rx/Ri, 즉 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 유효하다. 깊이 Dh 를 0.2㎜≤Dh≤0.8㎜ 의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 바람직하다. 깊이 Dh 를 0.4㎜≤Dh≤0.6㎜ 의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 더욱 바람직하다. 깊이 Dh=0.5㎜ 는, 특히 바람직하다. 각도 폭 A 를 26°로 설정함과 함께, 브리지간 각도 Θb 를 5.2°로 설정하는 구성은, 토크 리플률의 저감 효과를 충분히 도출하는 데에 있어서 더욱 바람직하다.

브리지간 각도 Θb 를 5.2°로 설정함과 함께, 각도 폭 A 를 26°로 설정하는 구성은, 토크 리플률비 Rx/Ri, 즉 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 바람직하다.

(1-9) 볼록 원호곡선 H1 에 의해서 형성된 원호주면형상의 볼록형상부 (20) 를 가짐과 함께, p=6 의 구성인 회전자 (15) 및 18 개의 슬롯 (122) 을 갖는 고정 자 (11) 를 사용한 영구 자석 매설형 회전전기에서는, 각도 폭 A 를 14°≤A≤34°의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률비 Rx/Ri, 즉 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 바람직하다. 각도 폭 A 를 17°≤A≤30°의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 더욱 바람직하다. 각도 폭 A 를 24°≤A≤28°의 범위로 하는 구성은, 토크 리플률을 억제하는 데에 있어서 더욱 바람직하다. 각도 폭 A=26°는, 특히 바람직하다.

(1-10) 각도 폭 A 를 26°로 설정함과 함께, 깊이 Dh 를 0.5㎜ 로 설정하고, 또한 브리지간 각도 Θb 를 5.2°로 설정하는 구성은, 토크 리플률의 저감 효과를 충분히 도출하고, 또한 자극간 강도를 확보하는 데에 있어서 특히 바람직하다.

(1-11) 상기한 (1-8) 항, (1-9) 항 및 (1-10) 항에 있어서, Dh 를 Dhr 로 치환하고, A 를 A×p/6 로 치환해도 동일한 효과가 얻어진다.

(1-12) 각도 폭 A 및 깊이 Dh 를 식 (1) 로 표시되는 범위로 설정한 구성에로서는, 토크 리플을 출력 토크의 평균치로 나눈 값 (토크 리플률) 은, 외주 반경이 일정한 회전자 (21) 를 사용한 회전전기의 경우보다 작아진다.

본 발명에서는 이하와 같은 실시형태도 가능하다.

(1) 영구 자석의 개수를 6 개 이외의 복수개로 해도 된다.

(2) 4 극 12 슬롯, 6 극 27 슬롯, 8 극 24 슬롯 등의 회전전기에 본 발명을 적용해도 되고, 이들의 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.

(3) 인접하는 영구 자석의 극성이 N-N-S-S-N-N-S-S- … 가 되도록, 한 쌍의 영구 자석을 V 자형으로, 또한 쌍의 영구 자석을 복수 쌍 매립한 회전자를 구비한 회전전기에 본 발명을 적용해도 된다.

(4) 도 14 에 나타내는 바와 같이, 밀폐형 전동 압축기 (30) 에 본 발명을 적용해도 된다. 전동 압축기 (30) 는, 스크롤형 전동 압축기이다. 회전전기 M 을 구성하는 회전자 (15) 는, 회전축 (32) 에 지착(止着) 되어 있고, 회전전기 M 을 구성하는 고정자 (11) 는, 모터 하우징 (35) 의 내주면에 고정되어 있다. 전동 압축기 (30) 를 구성하는 가동 스크롤 (31) 은, 회전전기 M 을 구성하는 회전축 (32) 의 회전에 의해서 선회 (압축 동작) 하여, 압축 동작체로서의 가동 스크롤 (31) 과 고정 스크롤 (33) 사이의 압축실 (34) 이 용적 감소한다. 도시하지 않은 외부 냉매회로로부터 모터 하우징 (35) 내에 도입된 냉매는, 흡입 포트 (36) 를 경유하여 압축실 (34) 로 흡입된다. 압축실 (34) 내의 냉매는, 토출 포트 (37) 로부터 토출 밸브 (38) 를 밀어 젖혀 토출실 (39) 로 토출된다. 토출실 (39) 내의 냉매는, 외부 냉매회로로 유출되어 모터 하우징 (35) 내로 환류한다.

저맥동 (저진동) 이 우수한 본 발명의 회전전기 M 은, 밀폐형 전동 압축기 (30) 로의 적용에 바람직하다. 즉, 차재용 밀폐형 전동 압축기에서는, 소음 및 진동을 저감하려 하고, 출력 토크의 평균값을 내리지 않으려 하는 요구가 강한데, 영구 자석 매설형 회전전기 M 은, 이들의 요구에 바람직하다.

(5) 고정자에 있어서의 권선방식은, 분포(分布) 감기이어도 되고, 이 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.

(6) 6 극 9 슬롯 등의 집중 감기의 회전전기에 본 발명을 적용해도 되고, 이 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.

상기한 실시형태로부터 파악할 수 있는 기술적 사상에 관해서 이하에 기재한다.

〔1〕영구 자석은, 평판형상이고, 평판형상의 영구 자석은, 회전자의 반경선과 직교하는 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 영구 자석 매설형 회전전기.

〔2〕복수의 영구 자석은, 회전중심으로부터 등거리의 위치에 있는 청구항 1 내지 청구항 13, 상기〔1〕항 중 어느 한 항에 기재된 영구 자석 매설형 회전전기.

〔3〕고리형 고정자의 내주에 복수 배열된 티스 사이의 슬롯에 권선이 실시되어 있고, 상기 고정자의 내측에서 회전하는 회전자의 내부에 복수의 영구 자석이 매설되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기에 있어서,

상기 영구 자석의 자극 중심부에 대응하는 상기 회전자의 외주가 상기 회전자의 회전중심과 동심의 원주면형상의 원주부이고, 상기 영구 자석에 대응하는 상기 각 원주부는, 서로 떨어져 있으며, 인접하는 한 쌍의 상기 원주부는, 상기 원주부를 포함하는 원주면보다 내측에서 반경방향의 외측을 향하여 볼록한 볼록형상부로 연결되어 있으며, 상기 볼록형상부는, 볼록 원호곡선으로 형성되어 있고, 상기 원주부의 반경을 R 로 하고, 그 반경 R 과 상기 볼록형상부의 최소 반경의 차를 깊이 Dh 로 하고, Dhr=Dh×25.5/R 로 하면, 상기 깊이 Dh 는, 0<Dhr≤1㎜ 의 범위로 설정되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기.

깊이 Dh 를 0<Dhr≤1㎜ 의 범위로 설정하는 구성은, 토크 리플률을 저감하는 데에 있어서 유효하다.

〔4〕상기 회전자의 회전중심을 중심으로 한 상기 원주부의 각도 폭을 A 로 하고, p 를 극수로 하면, 상기 각도 폭 A 는, 14°×6/p≤A≤34°×6/p 의 범위로 설정되어 있는 청구항 2 및 상기〔3〕항 중 어느 한 항에 기재된 영구 자석 매설형 회전전기.

이러한 범위에서의 각도 폭 A 의 설정은, 토크 리플률을 저감하는 데에 있어서 유효하다.

〔5〕상기 회전자의 회전중심을 중심으로 한 상기 원주부의 각도 폭을 각도 폭 A 로 하고, 상기 원주부의 반경을 R 로 하고, 상기 원주부의 반경 R 과 상기 볼록형상부의 최소 반경의 차를 깊이 Dh 로 하고, Dhr=Dh×25.5/R 로 하고, p 를 극수로 하면, 각도 폭 A 는, 26°×6/p 로 설정되어 있고, 상기 깊이 Dhr 은, 0.5㎜ 로 설정되어 있는 청구항 2 에 기재된 영구 자석 매설형 회전전기.

브리지간 각도 Θb 의 범위를 0<Θb≤10°로 하는 전제 하에 각도 폭 A=26°×6/p, 깊이 Dhr=0.5㎜ 로 하는 구성은, 토크 리플 (출력 토크의 변동폭의 크기) 을 출력 토크의 평균치로 나눈 값 (토크 리플률) 을 저감하는 데에 있어서 유효하다.

〔6〕상기 영구 자석은, 상기 회전자에 형성된 수용구멍에 수용되어 있고, 상기 회전자의 회전중심을 중심으로 한 상기 원주부의 각도 폭을 각도 폭 A 로 하고, 인접하는 한 쌍의 상기 수용구멍의 일방과 상기 볼록형상부 사이의 최소 간격부에 대응하는 상기 일방의 수용구멍측 기점과, 인접하는 한 쌍의 상기 수용구멍의 타방과 상기 볼록형상부 사이의 최소 간격부에 대응하는 상기 타방의 수용구멍측 기점이 상기 회전자의 회전중심을 중심으로 하여 이루어지는 각도 폭을 브리지간 각도 Θb 로 하고, p 를 극수로 하면, 상기 각도 폭 A 는, 26°×6/p 로 설정되어 있고, 상기 브리지간 각도 Θb 는, 5.2°로 설정되어 있는 상기〔3〕항에 기재된 영구 자석 매설형 회전전기.

각도 폭 A 의 범위를 14°×6/p≤A≤34°×6/p 로 설정하는 전제 하에 브리지간 각도 Θb=5.2°, 깊이 Dhr=0.5㎜ 로 하는 구성은, 토크 리플률을 저감하는 데에 있어서 유효하다. Θb=5.2°는, 토크 리플률의 저감 효과를 충분히 도출하고, 또한 자극간 강도를 확보하는 데에 있어서 특히 유효하다.

〔7〕상기 영구 자석은, 상기 회전자에 형성된 수용구멍에 수용되어 있고, 상기 회전자의 회전중심을 중심으로 한 상기 원주부의 각도 폭을 각도 폭 A 로 하고, 인접하는 한 쌍의 상기 수용구멍의 일방과 상기 볼록형상부 사이의 최소 간격부에 대응하는 상기 일방의 수용구멍측 기점과, 인접하는 한 쌍의 상기 수용구멍의 타방과 상기 볼록형상부 사이의 최소 간격부에 대응하는 상기 타방의 수용구멍측 기점이 상기 회전자의 회전중심을 중심으로 하여 이루어지는 각도 폭을 브리지간 각도 Θb 로 하고, 상기 원주부의 반경을 R 로 하고, 상기 원주부의 반경 R 과 상기 볼록형상부의 최소 반경의 차를 깊이 Dh 로 하고, Dhr=Dh×25.5/R 로 하고, p 를 극수로 하면, 상기 각도 폭 A 는, 26°×6/p 로 설정되어 있고, 상기 브리지간 각도 Θb 는, 5.2°로 설정되어 있고, 상기 깊이 Dhr 은, 0.5㎜ 로 설정되어 있는 청구항 2 및 상기〔3〕항 중 어느 한 항에 기재된 영구 자석 매설형 회전전기.

이러한 구성은, 토크 리플률의 저감 효과를 충분히 도출하는 데에 있어서, 특히 유효하다.

본 발명의 영구 자석 매설형 회전전기는, 토크의 저하를 방지할 수 있고, 또한 토크 맥동도 억제할 수 있다는 우수한 효과를 나타낸다.

Claims

고리형 고정자의 내주에 복수 배열된 티스 사이의 슬롯에 권선이 실시되어 있고, 상기 고정자의 내측에서 회전하는 회전자의 내부에 복수의 영구 자석이 매설되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기로서,

상기 영구 자석의 자극 중심부에 대응하는 상기 회전자의 외주가 상기 회전자의 회전중심과 동심의 원주면형상의 원주부이고, 상기 영구 자석에 대응하는 상기 각 원주부는, 서로 떨어져 있으며, 인접하는 한 쌍의 상기 원주부는, 상기 원주부를 포함하는 원주면보다 내측에서 반경방향의 외측을 향하여 볼록한 볼록형상부로 연결되어 있으며, 상기 볼록형상부는, 볼록 원호곡선으로 형성되어 있고, 상기 회전자의 회전중심을 중심으로 한 상기 원주부의 각도 폭을 각도 폭 A 로 하고, 상기 원주부의 반경을 R 로 하고, 상기 원주부의 반경 R 과 상기 볼록형상부의 최소 반경의 차를 깊이 Dh 로 하고, Dhr=Dh×25.5/R 로 하고, p 를 극수로 하면, 각도 폭 A 및 깊이 Dh 는, 하기 식 (1) 로 표시되는 범위로 설정되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기.

(5.6×Dhr＋11.3)°×6/p≤A<35°×6/p

또한

A<〔360/p-2×acos(1-Dhr/25.5)〕° (1)
제 1 항에 있어서,

상기 영구 자석은, 상기 회전자에 형성된 수용구멍에 수용되어 있고, 인접하는 한 쌍의 상기 수용구멍의 일방과 상기 볼록형상부 사이의 최소 간격부에 대응하는 상기 일방의 수용구멍측 기점과, 인접하는 한 쌍의 상기 수용구멍의 타방과 상기 볼록형상부 사이의 최소 간격부에 대응하는 상기 타방의 수용구멍측 기점이 상기 회전자의 회전중심을 중심으로 하여 이루는 각도 폭을 브리지간 각도 Θb 로 하면, 브리지간 각도 Θb 는 0<Θb≤10°의 범위로 설정되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 복수의 영구 자석은, 둘레방향에 교대로 상이한 극성이 되도록 매설되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 슬롯은, 상기 고정자의 둘레방향에 등피치로 배열되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 복수의 원주부는, 등피치로 배치되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 티스와 상기 회전자의 외주 사이의 공극의 크기는, 인접하는 한 쌍의 상기 영구 자석 사이에 위치하는 자극 전환부에 대응하는 공극이 가장 큰 영구 자석 매설형 회전전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 고정자에 있어서의 권선방식은, 파권(波卷)인 영구 자석 매설형 회전전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 영구 자석 매설형 회전전기에 있어서의 극수는, 6 으로 설정되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 영구 자석 매설형 회전전기에 있어서의 슬롯수는, 18 로 설정되어 있는 영구 자석 매설형 회전전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 영구 자석 매설형 회전전기를 카에어컨용 모터로서 사용한 카에어컨용 모터.
회전전기에 의해 구동되는 회전축의 회전에 기초하는 압축 동작체의 압축 동 작에 의해 압축실 내의 가스를 압축하여 토출하는 밀폐형 전동 압축기로서,

제 10 항에 기재된 카에어컨용 모터를 상기 회전전기로서 사용한 밀폐형 전동 압축기.