KR20090127935A

KR20090127935A - 영구자석 매설형 전동기

Info

Publication number: KR20090127935A
Application number: KR1020097021888A
Authority: KR
Inventors: 후 리; 유이치 요시카와; 히로시 무라카미; 히로키 사토
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-12-14
Also published as: CN101669266A; US20110050022A1; KR101076570B1; CN101669266B; WO2008139675A1; JPWO2008139675A1; JP5321451B2; US8405270B2

Abstract

회전자의 회전 중심 O와 영구자석(25)의 중앙인 자극 중앙을 연결하는 직선을 d축으로 하고, 회전 중심 O와 영구자석(25)이 서로 인접하는 그 중간점을 연결하는 직선을 q축으로 했을 때, 서로 인접하는 원호 A1과 A2는, d축측의 원호 A1의 반경 R1이 q축측의 원호 A2의 반경 R2보다 크고, 또한, 서로의 원호 A1과 A2의 교점 β에 있어서, d축측의 원호 A1의 접선 t에 대한 q축측의 원호 A2의 접선 u의 각도 α가 -3°≤α≤2°가 되도록 설정된다.

Description

영구자석 매설형 전동기{PERMANENT MAGNET BURIED TYPE ELECTRIC MOTOR}

본 발명은, 티스와 요크로 이루어지는 고정자 철심에 권선을 감은 고정자와, 티스의 내주면과 대향하여 회전 가능하게 유지되고, 자석 매설구멍에 영구자석을 매설한 회전자 철심을 갖는 회전자를 구비한 영구자석 매설형 전동기에 관한 것이다.

이러한 기술 분야에 있어서, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 기재된 바와 같은 기술이 알려져 있다.

이 특허 문헌 1에 기재된 발명은, 회전자 철심의 둘레 방향으로 회전자의 극수(極數) 분등 간격으로 설치된 영구자석 매설구멍이 형성되어 있다. 각 영구자석 매설구멍에는 영구자석이 유지되고, 각각의 영구자석은, 인접하는 영구자석과는 상이한 자극면이 철심 외주 방향을 향하는 자극부를 형성하도록 배치된다. 그리고, 각 자극부에 대한 회전자 철심의 외주 곡면은, 자극 중앙부에 있어서 회전 중심으로부터 거리가 가장 크고, 자극간부에 있어서 회전 중심으로부터의 거리가 가장 작아지는 원호가 되도록 형성되어 있다.

또, 도 21은, 특허 문헌 2에 기재된 종래의 영구자석 매설형 전동기의 단면을 도시한 도면이고, 도 22는 그 회전자의 부분 확대도이다. 여기에서, 이들 도면 에 나타낸 바와 같은 구성의 종래예에 대해 설명한다.

이 특허 문헌 2에 기재된 발명은, 도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이, 영구자석(95)이 수납되는 회전자(91)의 영구자석 1극분의 외주 부분이, 제1 외주 부분(P1)과 제2 외주 부분(P2)에 의해 구성된다. 제1 외주 부분(P1)은, 회전자(91)의 중심 O와 자극 중앙부를 통과하는 선(d축)과 교차하고, 회전자(91)의 중심 O를 중심으로 하는 반경 R의 원호형상으로 형성된다. 또, 제2 외주 부분(P2)은, 회전자(91)의 중심 O와 자극간부를 통과하는 선(q축)과 교차하고, q축 상에 위치하는 Q점을 중심으로 하는 반경 Rq의 원호형상으로 형성된다. 또한, R<Rq의 관계가 성립하고 있다. 또, 제1 외주 부분(P1)과 제2 외주 부분(P2)은 교점 γ에서 교차하고 있다. 이와 같이, 특허 문헌 2에서는, 복수의 상이한 반경의 원호로 이루어지는 외주 형상을 갖는 회전자를 개시하고 있다.

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 발명에서는, 1자극에 대응하는 회전자의 외주 형상을 단일한 원호에 의해 형성하고 있다. 그리고, 자석 단부와 회전자 외주의 거리가 최소가 되는 부분(브리지 부분)에서 자속이 포화 상태가 되어, 브리지 부분에 흘러야 할 자속이, 자석 단부와 회전자 외주의 거리가 큰 부분으로 흐른다. 이 때문에, 원호 부분에 있어서 자속의 방향을 조정하는 것이 곤란해져, 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 정현파 형상으로 조정하는 것이 곤란하였다.

또, 특허 문헌 2에 기재된 발명에서는, 제2 외주 부분(P2)과 q축의 교점과, 제1 외주 부분(P1)의 중심 O와, 제2 외주 부분(P2)의 중심 Q가, 동일 직선 상에 위치하도록 설정된다. 이 때문에, 제1 외주 부분(P1)과 제2 외주 부분(P2)의 교점 γ에서, 오목부 형상이 형성되어 버린다. 따라서, 특허 문헌 2에 기재된 발명에서는, 회전자 철심의 외주 곡면이 교점 γ 근변에 있어서 완만하게 변화하는 곡면이 되지 않으므로, 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 정현파 형상으로 하는 것이 곤란하였다.

특허 문헌 1 : 일본국 특허공개 2000-197292호 공보

특허 문헌 2 : 일본국 특허공개 2004-260972호 공보

본 발명의 영구자석 매설형 전동기는, 다음과 같은 구성을 갖는다.

즉, 요크의 내주측에 복수의 티스를 갖는 고정자 철심에 권선을 감은 고정자와, 티스와 대향하여 회전 가능하게 유지된 회전자 철심을 갖는 회전자를 구비한다. 회전자 철심은, 자극을 형성하기 위한 영구자석을 매설한 복수의 자석 매설구멍을 가짐과 더불어, 복수의 상이한 반경의 원호로 이루어지는 외주형상을 갖고 있다. 그리고, 회전자의 회전 중심과 영구자석의 중앙인 자극 중앙을 연결하는 직선을 d축으로 하고, 회전 중심과 영구자석이 서로 인접하는 그 중간점을 연결하는 직선을 q축으로 했을 때, 서로 인접하는 원호는, d축측의 원호의 반경이 q축측의 원호의 반경보다 크고, 또한, 서로의 원호의 교점에 있어서, d축측의 원호의 접선에 대한 q축측의 원호의 접선의 각도 α가 -3°≤α≤2°가 되도록 구성하고 있다.

이 구성에 의해, 서로 인접하는 원호의 교점 근변에 있어서, 회전자 철심 외주 곡면의 곡률이 완만하게 변화하므로, 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 정현파 형상에 근사하는 것이 가능해진다.

또, 특히, 각도 α를 0°로 하는 경우, 서로 인접하는 원호는, 서로의 원호의 교점과, d축측의 원호의 중심과, q축측의 원호의 중심이 동일한 직선 상에 형성되는 관계가 된다. 그리고, d축측의 원호의 반경이 q축측의 원호의 반경보다 크므로, 회전자 철심 외주 곡면의 곡률을 이상적으로 완만하게 변화시킬 수 있으며, 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 이상적인 정현파 형상에 근사하는 것이 가능해진다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 영구자석 매설형 전동기의 단면을 도시한 도면이다.

도 2는, 상기 전동기의 회전자에 있어서의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

도 3은, 상기 전동기의 각도 α와 토크 리플의 관계를 도시한 도면이다.

도 4는, 상기 전동기의 각도 α와 유기(誘起) 전압 왜곡률의 관계를 도시한 도면이다.

도 5는, 상기 전동기의 각도 θ1과 토크 리플의 관계를 도시한 도면이다.

도 6은, 상기 전동기의 각도 θ1과 유기 전압 왜곡률의 관계를 도시한 도면이다.

도 7은, 상기 전동기의 R2/R1과 토크 리플의 관계를 도시한 도면이다.

도 8은, 상기 전동기의 R2/R1과 유기 전압 왜곡률의 관계를 도시한 도면이다.

도 9는, 고정자와 회전자 사이의 에어 갭부의 길이에 대해, 실시 형태 1과 종래예의 비교를 도시한 도면이다.

도 10A는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 회전자 위치 각도와 에어 갭부의 자속 밀도의 관계를 도시한 도면이다.

도 10B는, 종래예에 따른 전동기의 회전자 위치 각도와 에어 갭부의 자속 밀도의 관계를 도시한 도면이다.

도 11A는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 회전자 위치 각도와 코깅 토크의 관계를 도시한 도면이다.

도 11B는, 종래예에 따른 전동기의 회전자 위치 각도와 코깅 토크의 관계를 도시한 도면이다.

도 12A는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 회전자 위치 각도와 토크의 관계를 도시한 도면이다.

도 12B는, 종래예에 따른 전동기의 회전자 위치 각도와 토크의 관계를 도시한 도면이다.

도 13은, 유기 전압 고조파 진폭과 고조파 차수의 관계에 대해, 실시 형태 1과 종래예의 비교를 도시한 도면이다.

도 14는, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 영구자석 매설형 전동기의 회전자의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 도면이다.

도 15는, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 영구자석 매설형 전동기의 회전자의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 도면이다.

도 16은, 상기 전동기의 X/(X+R5)의 값과 토크 리플의 값의 관계를 도시한 도면이다.

도 17은, 상기 전동기의 X/(X+R5)의 값과 유기 전압 왜곡률의 값의 관계를 도시한 도면이다.

도 18은, 본 발명의 실시 형태 3의 다른 예에 따른 영구자석 매설형 전동기의 회전자의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 도면이다.

도 19는, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 영구자석 매설형 전동기의 회전자의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 도면이다.

도 20은, 본 발명의 실시 형태 4의 다른 예에 따른 영구자석 매설형 전동기의 회전자의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 도면이다.

도 21은, 종래의 영구자석 매설형 전동기의 단면을 도시한 도면이다.

도 22는, 상기 전동기의 회전자의 단면의 부분 확대도이다.

[부호의 설명]

11 : 고정자

12 : 요크

13 : 티스

14 : 고정자 철심

15 : 슬롯

21, 91 : 회전자

22 : 자석 매설구멍

23, 230, 240, 250 : 회전자 철심

24 : 크림핑 핀

25, 95 : 영구자석

26 : 회전축

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시 형태 1)

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 영구자석 매설형 전동기(이하, 적절히, 간단히 「전동기」라고 부른다)의 단면을 도시한 도면이다.

본 실시 형태 1에 따른 전동기는, 고정자(11)와 회전자(21)를 구비한 구성이다.

고정자(11)는, 복수의 고투자율의 얇은 철판을 프레스로 구멍을 뚫어 적층한 고정자 철심(14)과, 고정자 철심(14)에 감은 권선(도시 생략)을 포함한다. 이 고정자 철심(14)은, 요크(12)와, 요크(12)의 내주측에 형성된 복수의 티스(13)와, 인접하는 티스(13) 사이에 형성된 슬롯(15)을 갖는다. 이 고정자 철심(14)에 권선이 집중권 권선으로 감겨져, 슬롯(15)에 수납되어 있다.

한편, 회전자(21)는, 복수의 자석 매설구멍(22)이 형성된 회전자 철심(23)과, 각각의 자석 매설구멍(22)에 매설되는 영구자석(25)과, 축방향 양단부에 배치된 단판(端板)(도시 생략)을 포함한다. 회전자 철심(23)은, 자석 매설구멍(22)을 갖는 복수의 고투자율의 얇은 철판을 축방향으로 적층하여 형성된다. 그리고, 회전자(21)에 있어서의 자극을 형성하기 위한 영구자석(25)이 각각의 자석 매설구 멍(22)에 수납 유지되어 있다. 또, 단판과 회전자 철심(23)은, 크림핑 핀(24)에 의해 체결되어 있다. 또한, 회전자 철심(23)의 중앙부에는 회전축(26)이 체결되어 있고, 회전자 철심(23)은 베어링(도시 생략)으로 회전 가능하게 지지되어 있다.

이와 같이 구성된 회전자(21)는, 고정자(11)의 티스(13) 내주면과 에어 갭을 통해 대향하고 있다.

또한, 도 1에 있어서는, 회전자(21)의 극수는 8(극쌍수는 4)이고, 고정자(11)의 슬롯수는 12인 경우를 나타내고 있지만, 본 발명은 이 조합에 한정되는 것은 아니고, 그 밖의 조합에 대해서도 적용할 수 있다.

다음에, 도 2는, 도 1의 회전자(21)에 있어서의 1자극, 즉 1개의 영구자석(25)에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

도 2에 있어서, 자석 매설구멍(22)은, 삽입되는 영구자석(25)의 단면보다 약간 큰 직사각형 구멍(22a)과, 그 장변 방향의 양단부 부근으로서, 단변 방향의 회전축(26)측에 설치된 돌기부(22b)를 갖고 있다. 직사각형 구멍(22a)에는, 단변 방향의 회전축(26)측에 오목부(22c)가 형성된다. 이 오목부(22c)에 의해, 영구자석(25)의 직사각형 구멍(22a) 내에서의 길이 방향으로의 어긋남을 방지할 수 있다. 또한, 돌기부(22b)의 회전자(21)에 있어서의 직경 방향의 길이는, 직사각형 구멍(22a)의 회전자에 있어서의 직경 방향의 길이(즉 단변 길이)보다 작다. 이에 의해, 영구자석(25)이 회전축(26)측으로 이동하는 것에 의한 회전자(21)와 고정자(11) 사이의 자속 밀도의 저하를 방지할 수 있다. 영구자석(25)은 직사각형 구멍(22a)과 돌기부(22b)와 오목부(22c)의 경계 위치에서 위치 결정되므로, 영구자 석(25)을 접착제로 고정할 필요가 없다. 이 돌기부(22b)는, 접착제통의 작용을 겸한 공동(空洞)이며, 인접 영구자석(25)의 자속의 단락을 방지할 수 있다.

다음에, 회전자 철심(23)의 형상에 대해 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 회전자(21)의 회전 중심 O와 영구자석(25)의 중앙이 되는 자극 중앙을 통과하는 직선을 d축으로 한다. 또, 회전자(21)의 회전 중심 O와, 영구자석(25)이 서로 인접하는 그 중간점이 되는 자극 사이를 통과하는 직선을 q축으로 한다.

1자극에 대응하는 회전자 철심(23)의 외주 형상은, 2개의 상이한 반경 R1, R2를 갖는 원호 A1, A2로 이루어진다. 이와 같이, 본 전동기의 회전자 철심(23)은, 복수의 상이한 반경의 원호로 이루어지는 외주 형상을 갖고 있다. 또, 본 실시 형태 1에서는, 원호 A1과 원호 A2가 서로 인접하고 있고, d축측의 원호가 원호 A1, q축측의 원호가 원호 A2가 된다.

d축과 회전자 철심(23)의 외주의 교점에 위치하는 원호 A1은, 회전 중심 O를 중심으로 하여 반경 R1로 형성된다. 또, 원호 A1에 인접하는 원호 A2는, 중심 O1을 중심으로 하여 반경 R2로 형성된다. 그리고, 원호 A1과 원호 A2의 교점 β에 있어서의 원호 A1의 접선 t에 대해, 교점 β에 있어서의 원호 A2의 접선 u의 각도 α[°]는 -3° 이상 2° 이하가 되도록 설정된다. 즉, 원호 A1 및 원호 A2 서로의 교점 β에 있어서, d축측의 원호 A1의 접선 t에 대한 q축측의 원호 A2의 접선 u의 각도 α가 -3°≤α≤2°가 되도록 설정하고 있다.

이러한 접선 t와 접선 u의 관계로부터, 교점 β의 둘레방향 전후에 있어서, 원호 A1과 원호 A2가 완만한 곡선을 그릴 수 있다.

여기에서, 원호 A1의 반경 R1과 원호 A2의 반경 R2는, R1>R2가 성립하는 관계에 있다. 즉, d축측의 원호 A1의 반경 R1이 q축측의 원호 A2의 반경 R2보다 크다. 특히, 반경 R1에 대한 반경 R2의 비율인 R2/R1이, 0.5≤R2/R1≤0.9가 되는 관계, 즉 0.5 이상 0.9 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

또, 원호 A1은, 회전 중심 O로부터 d축의 양측에 기계각으로 각도 θ1[°]의 범위에서 형성된다. 여기에서, 각도 θ1[°]와 극쌍수 P의 관계는, 12°/P≤θ1≤90°/P인 것이 바람직하다. 그리고, 본 실시 형태 1에 있어서는, 극쌍수 P는 4가 되므로, 각도 θ1의 값으로서 3°≤θ1≤22.5°인 것이 바람직하다.

다음에, 접선 t에 대한 접선 u의 각도 α[°]를 -3° 이상 2° 이하로 설정하는 이유에 대해, 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다.

도 3은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 각도 α와 토크 리플의 관계를 도시한 도면이다. 도 3으로부터, 토크 리플은, 각도 α의 값이 -3° 내지 -2° 부근에 있어서, 최소가 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 그 최소점을 경계로 하여, 각도 α의 값이 작아짐과 더불어 토크 리플의 값이 상승하고, 각도 α의 값이 커짐과 더불어 토크 리플의 값이 상승하고 있다.

여기에서, 일반적으로는, 토크 리플의 값을 20% 이하로 하면, 저진동, 저소음에 유효한 것이 알려져 있다. 그리고, 본 실시 형태 1에 있어서는, 각도 α의 값으로서, 토크 리플이 20% 이하가 되는 -7°≤α≤2.5°인 경우에, 저진동, 저소음이므로 특히 바람직한 것을 알 수 있다.

또, 도 4는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 각도 α와 유기 전압 왜곡률의 관계를 도시한 도면이다. 도 4로부터, 유기 전압 왜곡률은, 각도 α의 값이 0° 내지 1°부근에 있어서, 최소가 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 그 최소점을 경계로 하여, 각도 α의 값이 작아짐과 더불어 유기 전압 왜곡률의 값이 상승하고, 각도 α의 값이 커짐과 더불어 유기 전압 왜곡률의 값이 상승하고 있다.

여기에서, 일반적으로는, 유기 전압 왜곡률의 값을 5% 이하로 하면, 저진동, 저소음에 유효한 것이 알려져 있다. 그리고, 본 실시 형태 1에 있어서는, 각도 α의 값으로서, 유기 전압 왜곡률이 5% 이하가 되는 -2.6°≤α≤2.3°인 경우에, 저진동, 저소음이므로 특히 바람직한 것을 알 수 있다.

이상으로부터, 각도 α의 값으로서, 토크 리플의 값이 20% 이하가 되고 유기 전압 왜곡률의 값이 5% 이하가 되는 -2.6°≤α≤2.3°인 경우에, 저진동, 저소음을 위해 특히 유효하다고 말할 수 있다.

다음에, 각도 θ1[°]와 극쌍수 P를 12°/P≤θ1≤90°/P가 성립하는 관계로 설정하는 이유에 대해, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다.

도 5는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 각도 θ1과 토크 리플의 관계를 도시한 도면이다. 도 5로부터, 토크 리플은, 각도 θ1의 값이 5° 내지 6° 부근에 있어서, 최소가 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 그 최소점을 경계로 하여, 각도 θ1의 값이 작아짐과 더불어 토크 리플의 값이 상승하고, 각도 θ1의 값이 커짐과 더불어 토크 리플의 값이 상승하고 있다.

여기에서, 전술한 바와 같이, 일반적으로는, 토크 리플의 값을 20% 이하로 하면, 저진동, 저소음에 유효한 것이 알려져 있다. 그리고, 본 실시 형태 1에 있 어서는, 각도 θ1의 값으로서, 토크 리플이 20% 이하가 되는 θ1≤22.5°의 값이, 저진동, 저소음을 위해 특히 바람직한 값인 것을 알 수 있다.

또, 도 6은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 각도 θ1과 유기 전압 왜곡률의 관계를 도시한 도면이다. 도 6으로부터, 각도 θ1의 값이 13° 내지 14° 부근에 있어서, 최소가 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 그 최소점을 경계로 하여, 각도 θ1의 값이 작아짐과 더불어 유기 전압 왜곡률의 값이 상승하고, 각도 θ1의 값이 커짐과 더불어 유기 전압 왜곡률의 값이 상승하고 있다.

여기에서, 전술한 바와 같이, 일반적으로는, 유기 전압 왜곡률의 값을 5% 이하로 하면, 저진동, 저소음에 유효한 것이 알려져 있다. 그리고, 본 실시 형태 1에 있어서는, 각도 θ1의 값으로서, 유기 전압 왜곡률이 5% 이하가 되는 3°≤θ1≤22.5°의 값이, 저진동, 저소음을 위해 특히 바람직한 값인 것을 알 수 있다.

이상으로부터, 각도 θ1의 값으로서, 토크 리플의 값이 20% 이하가 되고 유기 전압 왜곡률의 값이 5% 이하가 되는 3°≤θ1≤22.5°인 경우에, 저진동, 저소음을 위해 특히 유효하다고 말할 수 있다.

또한, 각도 θ1은, 극쌍수 P의 값에 반비례한다. 이 때문에, 극쌍수 4인 금회의 극쌍수 P와의 관계를 고려하면, (3°×4)/P≤θ1≤(22.5°×4)/P, 즉, 12°/P≤θ1≤90°/P의 관계가 성립한다.

다음에, 원호 A1의 반경 R1에 대한 원호 A2의 반경 R2의 비율인 R2/R1을, 0.5≤R2/R1≤0.9가 성립하는 관계로 설정하는 이유에 대해, 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다.

도 7은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 R2/R1과 토크 리플의 관계를 도시한 도면이다. 도 7로부터, 토크 리플은, R2/R1의 값이 0.6 내지 0.7 부근에 있어서, 최소가 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 그 최소점을 경계로 하여, R2/R1의 값이 작아짐과 더불어 토크 리플의 값이 상승하고, R2/R1의 값이 커짐과 더불어 토크 리플의 값이 상승하고 있다.

여기에서, 전술한 바와 같이, 일반적으로는, 토크 리플의 값을 20% 이하로 하면, 저진동, 저소음에 유효한 것이 알려져 있다. 그리고, 본 실시 형태 1에 있어서는, R2/R1의 값으로서, 토크 리플이 20% 이하가 되는 0.44≤R2/R1≤0.9의 값이, 저진동, 저소음을 위해 특히 바람직한 값인 것을 알 수 있다.

또, 도 8은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 R2/R1과 유기 전압 왜곡률의 관계를 도시한 도면이다. 도 8로부터, 유기 전압 왜곡률은, R2/R1의 값이 0.7 내지 0.8 부근에 있어서, 최소가 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 그 최소점을 경계로 하여, R2/R1의 값이 작아짐과 더불어 유기 전압 왜곡률의 값이 상승하고, R2/R1의 값이 커짐과 더불어 유기 전압 왜곡률의 값이 상승하고 있다.

여기에서, 전술한 바와 같이, 일반적으로는, 유기 전압 왜곡률의 값을 5% 이하로 하면, 저진동, 저소음에 유효한 것이 알려져 있다. 그리고, 본 실시 형태 1에 있어서는, R2/R1의 값으로서, 유기 전압 왜곡률이 5% 이하가 되는 0.5≤R2/R1≤0.92의 값이, 저진동, 저소음을 위해 특히 바람직한 값인 것을 알 수 있다.

이상으로부터, R2/R1의 값으로서, 토크 리플의 값이 20% 이하가 되고 유기 전압 왜곡률의 값이 5% 이하가 되는 0.5≤R2/R1≤0.9의 경우에, 저진동, 저소음을 위해 특히 유효하다고 말할 수 있다.

다음에, 도 9 내지 도 16을 이용해, 본 실시 형태 1에 따른 전동기와, 도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같은 종래예의 전동기를 비교하여, 본 발명의 효과를 설명한다.

도 9는, 고정자와 회전자 사이의 에어 갭부의 길이에 대해, 본 실시 형태 1과 종래예의 비교를 도시한 도면이며, 본 실시 형태 1을 실선으로 나타내고, 종래예를 점선으로 나타내고 있다.

도 21 및 도 22와 같은 종래의 구성에서는, 제2 외주 부분(P2)과 q축의 교점과, 제1 외주 부분(P1)의 중심 O와, 제2 외주 부분(P2)의 중심 Q가, 동일 직선 상에 위치하도록 설정된다. 이 때문에, 제1 외주 부분(P1)과 제2 외주 부분(P2)의 교점 γ를 경계로 하여, 곡률이 급격하게 변화하게 된다. 즉, 교점 γ에서의, 제1 외주 부분(P1)의 접선에 대한 제2 외주 부분(P2)의 접선의 각도가 커진다. 이에 의해, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 외주 부분(P1)의 에어 갭 길이의 변화와 제2 외주 부분(P2)의 에어 갭 길이의 변화는, 교점 γ를 경계로 하여 급격하게 변화한다.

한편, 본 실시 형태 1에 따른 전동기의 구성에서는, 교점 β에 있어서의 원호 A1의 접선 t에 대한 교점 β에 있어서의 원호 A2의 접선 u의 각도 α를 -3° 이상 2° 이하가 되도록 설정하고 있다. 이 때문에, 교점 β 전후에서, 곡률이 완만하게 변화한다. 이에 의해, 도 9에 나타낸 바와 같이, 원호 A1의 에어 갭 길이의 변화와 원호 A2의 에어 갭 길이의 변화는, 교점 β의 전후에서 완만하게 변화한다.

도 10A와 도 10B는, 회전자 위치 각도와 에어 갭부의 자속 밀도의 관계를 도시한 도면이며, 도 10A는 본 실시 형태 1의 경우를 나타내고, 도 10B는 종래예의 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 10A 및 도 10B에 있어서, 점선은 이상적인 정현파 형상을 나타내고 있다.

종래예의 전동기는, 도 10B에 나타낸 바와 같이, 교점 γ의 전후에서, 이상적인 정현파 형상으로부터 대폭으로 어긋나 있다. 이에 반해, 본 실시 형태 1에 따른 전동기는, 도 10A에 나타낸 바와 같이, 교점 β의 전후에 있어서도, 이상적인 정현파 형상으로부터의 어긋남은 작다. 이상으로부터, 본 실시 형태 1에 따른 전동기는, 종래예의 전동기와 비교하여, 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 이상적인 정현파 형상에 근사시킬 수 있다.

도 11A와 도 11B는, 회전자 위치 각도와 코깅 토크의 관계를 도시한 도면이며, 도 11A는 본 실시 형태 1의 경우를 나타내고, 도 11B는 종래예의 경우를 나타내고 있다. 여기에서, 코깅 토크는, 자속 밀도를 2승한 값을 미분함으로써 얻어지는 값이다.

종래예의 전동기는, 자속 밀도 분포가 정현파 형상으로부터 대폭으로 어긋나 있으므로, 도 11B에 나타낸 바와 같이, 코깅 토크의 값의 변동이 커진다. 이에 반해, 본 실시 형태 1에 따른 전동기는, 자속 밀도 분포의 정현파 형상으로부터의 어긋남이 작으므로, 도 11A에 나타낸 바와 같이, 코깅 토크의 값의 변동이 작아진다. 이상으로부터, 본 실시 형태 1에 따른 전동기는, 종래예의 전동기와 비교하여, 코깅 토크의 값의 변동을 작게 할 수 있다.

도 12A와 도 12B는, 회전자 위치 각도와 토크의 관계를 도시한 도면이며, 도 12A는 본 실시 형태 1의 경우를 나타내고, 도 12B는 종래예의 경우를 나타내고 있다. 여기에서, 토크는, 코깅 토크의 값에 관계하는 값이다.

종래예의 전동기는, 코깅 토크의 값의 변동이 크므로, 도 12B에 나타낸 바와 같이, 토크의 값의 변동이 커진다. 이에 반해, 본 실시 형태 1에 따른 전동기는, 코깅 토크의 값의 변동이 작으므로, 도 12A에 나타낸 바와 같이, 토크의 값의 변동이 작아진다. 이상으로부터, 본 실시 형태 1에 따른 전동기는, 종래예의 전동기와 비교하여, 토크 리플을 작게 할 수 있다.

도 13은, 유기 전압 고조파 진폭과 고조파 차수의 관계에 대해, 본 실시 형태 1과 종래예의 비교를 도시한 도면이다.

종래예의 전동기는, 자속 밀도 분포가 이상적인 정현파 형상으로부터 대폭으로 어긋나 있으므로, 특히 5차, 7차, 13차에 있어서, 유기 전압 고조파 진폭이 커지고 있다. 이에 반해, 본 실시 형태 1에 따른 전동기는, 자속 밀도 분포가 이상적인 정현파 형상으로부터의 어긋남이 작으므로, 거의 모든 차수에 있어서, 종래예의 전동기보다 유기 전압 고조파 진폭이 작아진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태 1에 따른 전동기는, 서로 인접하는 원호 A1과 A2에 있어서, d축측의 원호 A1의 반경 R1이 q축측의 원호 A2의 반경 R2보다 크고, 또한, 서로의 원호의 교점 β에 있어서, 원호 A1의 접선 t에 대한 원호 A2의 접선 u의 각도 α를 -3°≤α≤2°로 하고 있다. 이 때문에, 본 실시 형태 1에 따른 전동기에 의하면, 서로 인접하는 원호의 교점 근변에 있어서, 회전자 철심 외주 곡면의 곡률을 완만하게 변화시킬 수 있으며, 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 정현파 형상에 근사하는 것이 가능해진다. 그리고, 이에 의해, 토크 리플이나 유기 전압 왜곡률의 증가를 억제할 수 있고, 저진동, 저소음에 유효한 영구자석 매설형 전동기를 제공할 수 있다.

(실시 형태 2)

다음에, 본 발명의 실시 형태 2에 대해, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 동일 구성 요소에 대해서는, 실시 형태 1과 동일 부호를 붙이고 있으며, 그 설명을 생략한다.

도 14는, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 영구자석 매설형 전동기의 회전자의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

본 실시 형태 2에 따른 전동기를 구성하는 회전자의 1자극에 대응하는 회전자 철심(230)의 외주 형상은, 2개의 상이한 반경 R3, R4를 갖는 d축측의 원호 B1, q축측의 원호 B2로 이루어지는 점에서, 실시 형태 1에 따른 전동기의 회전자와는 다르다.

d축과 회전자 철심(230)의 외주의 교점에 위치하는 원호 B1은, 회전 중심 O를 중심으로 하여 반경 R3으로 형성된다. 또, 원호 B1에 인접하는 원호 B2는, 점 O2를 중심으로 하여 반경 R4로 형성된다. 본 실시 형태 2에 따른 전동기에 있어서, 원호 B1과 원호 B2의 교점 β2에 있어서의 원호 B2의 접선은, 교점 β2에 있어서의 원호 B1의 접선에 대한 각도 α가 0°가 되도록 설정되어 있다. 즉, 교점 β2에 있어서의 원호 B1의 접선과 원호 B2의 접선이, 동일한 직선 v 상에 위치한다.

그런데, 본 실시 형태 2에 있어서는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 원호 B2의 중심 O2는, 회전 중심 O와 교점 β2를 연결하는 직선 상에 위치하게 된다. 즉, 원호 B1에 인접하는 원호 B2는, 교점 β2와 원호 B1의 중심(회전 중심 O)을 통과하는 직선 e 상의 점 O2를 중심으로 하여 반경 R4로 형성된다. 또한, 중심 O와 중심 O2는 길이 L만큼 이간하고 있고, R1=R2+L이 성립한다.

이와 같이, 원호 B1과 원호 B2는, 교점 β2, 중심 O 및 중심 O2가 동일 직선 e 상에 있으므로, 교점 β2에 있어서의 접선도 동일 직선 v 상에 있게 된다. 이 때문에, 원호 B1과 원호 B2는, 교점 β2의 둘레방향 전후에 있어서도, 완만한 곡선을 그리게 된다.

이에 반해, 도 22가 나타낸 종래예의 경우, 상술한 바와 같이, 제2 외주 부분(P2)과 q축의 교점과, 제1 외주 부분(P1)의 중심 O와, 제2 외주 부분(P2)의 중심 Q가, 동일 직선 상에 위치하도록 설정된다. 바꿔 말하면, 제1 외주 부분(P1)과 제2 외주 부분(P2)은, 그 교점 γ에 있어서, 상이한 직선 상에 중심을 갖고 있고, 제1 외주 부분(P1)과 제2 외주 부분(P2)은, 교점 γ에 있어서, 그 접선이 동일 직선 상에 배치되지 않게 된다. 이 때문에, 교점 γ를 경계로 하여, 곡률이 급격하게 변화하게 된다. 이에 의해, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 외주 부분(P1)의 에어 갭 길이의 변화와 제2 외주 부분(P2)의 에어 갭 길이의 변화는, 교점 γ부를 경계로 하여, 급격하게 변화한다.

한편, 본 실시 형태 2에 따른 전동기의 구성에서는, 원호 B1과 원호 B2는, 그 교점 β2에 있어서, 동일 직선 e 상에 중심을 갖고 있고, 원호 B1과 원호 B2는, 교점 β2에 있어서, 그 접선이 동일 직선 v 상에 배치된다. 이 때문에, 교점 β2의 둘레방향 전후에서, 곡률이 완만하게 변화한다. 이에 의해, 도 9에 나타낸 바와 같이, 원호 B1의 에어 갭 길이의 변화와 원호 B2의 에어 갭 길이의 변화는, 교점 β2부의 전후에서, 완만하게 변화한다.

이와 같이, 본 실시 형태 2에 따른 전동기는, 교점 β2에 있어서의 원호 B1의 접선에 대해, 교점 β2에 있어서의 원호 B2의 접선의 각도 α가 0°가 되도록 설정하고 있다. 즉, 바꿔 말하면, 서로 인접하는 원호의 교점 β2와, d축측의 원호 B1의 중심 O와, q축측의 원호 B2의 중심 O2가 동일한 직선 e 상이 되도록 형성하고 있다. 이 때문에, 원호 B1과 원호 B2가 교점 β2의 전후에서 곡률을 완만하게 변화시킬 수 있으며, 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 정현파 형상에 근사하는 것이 가능해진다. 그리고, 예를 들면 도 7이나 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 구성에 의해, 토크 리플이나 유기 전압 왜곡률의 증가를 억제할 수 있고, 저진동, 저소음에 유효한 영구자석 매설형 전동기를 제공할 수 있다.

(실시 형태 3)

다음에, 본 발명의 실시 형태 3에 대해, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 동일 구성 요소에 대해서는, 실시 형태 1과 동일 부호를 붙이고 있으며, 그 설명을 생략한다.

도 15는, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 영구자석 매설형 전동기의 회전자의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

본 실시 형태 3에 따른 전동기를 구성하는 회전자의 1자극에 대응하는 회전 자 철심(240)의 외주 형상은, 2개의 상이한 반경 R5, R6을 갖는 d축측의 원호 C1, q축측의 원호 C2로 이루어지는 점에서, 실시 형태 1에 따른 전동기의 회전자와는 다르다.

d축과 회전자 철심(240)의 외주의 교점에 위치하는 원호 C1은, 회전 중심 O로부터 외주 방향으로 소정의 거리 X만큼 어긋난 위치 O'를 중심으로 하여 반경 R5로 형성된다. 또, 원호 C1에 인접하는 원호 C2는, 점 O3을 중심으로 하여 반경 R6으로 형성된다. 그리고, 원호 C1과 원호 C2의 교점 β3에 있어서의 원호 C1의 접선 w에 대해, 교점 β3에 있어서의 원호 C2의 접선 x의 각도 α3[°]는 -3° 이상 2° 이하가 되도록 설정된다.

이러한 접선 w와 접선 x의 관계로부터, 교점 β3의 둘레방향 전후에 있어서, 원호 C1과 원호 C2가 완만한 곡선을 그릴 수 있다.

여기에서, 반경 R5와 반경 R6은, R5>R6이 성립하는 관계에 있다. 즉, d축측의 원호 C1의 반경 R5가 q축측의 원호 C2의 반경 R6보다 크다. 특히, 반경 R5에 대한 반경 R6의 비율인 R6/R5이, 0.5≤R6/R5≤0.9가 되는 관계, 즉 0.5 이상 0.9 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

또, 원호 C1은, 중심 O'로부터 d축의 양측에 기계각으로 각도 θ1[°]의 범위에서 형성된다. 여기에서, 각도 θ1[°]와 극쌍수 P의 관계는, 12°/P≤θ1≤90°/P인 것이 바람직하다. 그리고, 본 실시 형태 3에 있어서는, 극쌍수 P는 4가 되므로, 각도 θ1의 값으로서, 3°≤θ1≤22.5°인 것이 바람직하다.

다음에, 도 16 및 도 17을 이용하여, 본 실시 형태 3에 따른 전동기와, 실시 형태 1의 전동기를 비교하여, 그 효과를 설명한다.

도 16은, 본 실시 형태 3에 따른 전동기의 X/(X+R5)의 값과 토크 리플의 값의 관계를 도시한 도면이다. 또한, X/(X+R5)는, 원호 C1의 반경 R5와 소정의 거리 X를 가산한 값 (X+R5)에 대한 소정의 거리 X의 비율이다. 또, 도 16 및 도 17에 있어서, X/(X+R5)의 값이 0일 때란, 즉 X가 0일 때이며, 실시 형태 1에 따른 전동기의 토크 리플을 나타내고 있다.

그래서, 이 도 16에 있어서, X/(X+R5)의 값이 0일 때의 토크 리플을 기준으로 하면, X/(X+R5)의 값이 0 이상 0.21 이하의 범위에서, 실시 형태 1에 따른 전동기의 토크 리플을 밑돌고 있다.

또, 도 17은, 본 실시 형태 3에 따른 전동기의 X/(X+R5)의 값과 유기 전압 왜곡률의 값의 관계를 도시한 도면이다.

이 도 17로부터, 유기 전압 왜곡률이, X/(X+R5)의 값을 0 이상 0.3 이하의 어느 값으로 해도, 저진동, 저소음에 유효해지는 5% 이하가 되고 있다.

이상으로부터, X/(X+R5)의 값이 0 이상 0.21 이하의 범위일 때에, 특히 토크 리플을 저감하는 것을 알 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시 형태 3의 다른 예에 대해, 도면을 이용하여 설명한다.

도 18은, 본 발명의 실시 형태 3의 다른 예에 따른 영구자석 매설형 전동기를 구성하는 회전자에 있어서의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

여기에서는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 원호 C2가, 원호 C1과 원호 C2의 교점 β3과, 원호 C1의 중심 O'를 통과하는 직선 f 상의 점 O3을 중심으로 하여, 반경 R6으로서 형성된 예를 들고 있다.

즉, d축과 회전자 철심(240)의 외주의 교점에 위치하는 원호 C1은, 회전 중심 O로부터 외형 방향으로 X만큼 어긋난 위치 O'를 중심으로 하여 반경 R5로 형성된다. 또, 원호 C1에 인접하는 원호 C2는, 원호 C1과 원호 C2의 교점 β3과 원호 C1의 중심 O'를 통과하는 직선 f 상의 점 O3을 중심으로 하여 반경 R6으로 형성된다. 또한, 중심 O'와 중심 O3은 길이 L3만큼 이간하고 있고, R5=R6+L3이 성립한다.

이와 같이, 교점 β3, 중심 O3 및 중심 O'를 통과하는 직선이 동일 직선 f 상에 있으므로, 원호 C1과 원호 C2는, 교점 β3에 있어서의 접선도 동일 직선 w 상에 있게 된다. 이 때문에, 원호 C1과 원호 C2는, 교점 β3의 둘레방향 전후에 있어서도, 완만한 곡선을 그리게 된다.

여기에서, 반경 R5와 반경 R6은, R5>R6이 성립하는 관계에 있다. 보다 바람직하게는, 0.5≤R6/R5≤0.9가 성립하는 관계에 있다.

또, 원호 C1은, 중심 O'로부터 d축의 양측에 기계각으로 각도 θ1[°]의 범위에서 형성된다. 여기에서, 각도 θ1[°]와 극쌍수 P의 관계는, 12°/P≤θ1≤90°/P인 것이 바람직하다. 그리고, 본 실시 형태 3에 있어서는, 극쌍수 P는 4가 되므로, 3°≤θ1≤22.5°인 것이 바람직하다.

또, 도 16 및 도 17을 이용하여 설명한 바와 같이, 도 18과 같은 구성에 있 어서도, X/(X+R5)의 값이 0 이상 0.21 이하의 범위일 때에, 특히 토크 리플을 저감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태 3에 따른 전동기는, 교점 β3에 있어서의 원호 C1의 접선 w에 대해, 교점 β3에 있어서의 원호 C2의 접선 x의 각도 α3[°]가 -3° 이상 2° 이하가 되도록 설정하고 있다. 그리고, d축과 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호 C1은, 그 원호의 중심 O'가 회전 중심 O로부터 d축을 따라 소정의 거리 X만큼 어긋난 위치가 되도록 형성하고 있다. 이 때문에, 본 실시 형태 3에 따른 전동기에 의해서도, 서로 인접하는 원호의 교점 근변에 있어서, 회전자 철심 외주 곡면의 곡률을 완만하게 변화시킬 수 있으며, 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 정현파 형상에 근사하는 것이 가능해진다. 그리고, 이에 의해, 토크 리플이나 유기 전압 왜곡률의 증가를 억제할 수 있고, 저진동, 저소음에 유효한 영구자석 매설형 전동기를 제공할 수 있다.

(실시 형태 4)

다음에, 본 발명의 실시 형태 4에 대해, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 동일 구성 요소에 대해서는, 실시 형태 1과 동일 부호를 붙이고 있으며, 그 설명을 생략한다.

도 19는, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 영구자석 매설형 전동기의 회전자의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

본 실시 형태 4에 따른 전동기를 구성하는 회전자의 1자극에 대응하는 회전자 철심(250)의 외주 형상은, 3개의 상이한 반경 R7, R8, R9를 갖는 원호 D1, D2, D3으로 이루어지는 점에서, 실시 형태 1에 따른 전동기의 회전자와는 다르다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 원호 D1과 원호 D2는 서로 인접하고 있고, d축측의 원호가 원호 D1, q축측의 원호가 원호 D2가 된다. 또한, 원호 D2와 원호 D3은 서로 인접하고 있고, d축측의 원호가 원호 D2, q축측의 원호가 원호 D3이 된다.

우선, d축과 회전자 철심(250) 외주의 교점에 위치하는 원호 D1은, 회전 중심 O를 중심으로 하여 반경 R7로 형성된다. 또, 원호 D1에 인접하는 원호 D2는, 점 O4를 중심으로 하여 반경 R8로 형성된다. 그리고, 원호 D1과 원호 D2의 교점 β4에 있어서의 원호 D1의 접선 y에 대해, 교점 β4에 있어서의 원호 D2의 접선 z의 각도 α4는 -3° 이상 2° 이하가 되도록 설정된다.

이러한 접선 y와 접선 z의 관계로부터, 교점 β4의 둘레방향 전후에 있어서, 원호 D1과 원호 D2가 완만한 곡선을 그릴 수 있다.

여기에서, 반경 R7과 반경 R8은, R7>R8이 성립하는 관계에 있다. 특히, 반경 R7에 대한 반경 R8의 비율인 R8/R7이, 0.5≤R8/R7≤0.9가 되는 관계가 보다 바람직하다.

또, 원호 D1은, 회전 중심 O로부터 d축의 양측에 기계각으로 각도 θ1[°]의 범위에서 형성된다. 여기에서, 각도 θ1[°]와 극쌍수 P의 관계는, 12°/P≤θ1≤90°/P인 것이 바람직하다. 그리고, 본 실시 형태 4에 있어서는, 극쌍수 P는 4가 되므로, 각도 θ1의 값으로서, 3°≤θ1≤22.5°인 것이 바람직하다.

다음에, 원호 D2에 인접하는 원호 D3은, 점 O5를 중심으로 하여 반경 R9로 형성된다. 그리고, 원호 D2와 원호 D3의 교점 β5에 있어서의 원호 D2의 접선 a에 대해, 교점 β5에 있어서의 원호 D3의 접선 b의 각도 α5는 -3° 이상 2° 이하가 되도록 설정된다.

이러한 접선 a와 접선 b의 관계로부터, 교점 β5의 둘레방향 전후에 있어서, 원호 D2와 원호 D3이 완만한 곡선을 그릴 수 있다.

여기에서, 반경 R8과 반경 R9는, R8>R9가 성립하는 관계에 있다. 특히, 반경 R8에 대한 반경 R9의 비율인 R9/R8이, 0.5≤R9/R8≤0.9가 되는 관계가 보다 바람직하다.

다음에, 본 발명의 실시 형태 4의 다른 예에 대해, 도면을 이용하여 설명한다.

도 20은, 본 발명의 실시 형태 4의 다른 예에 따른 영구자석 매설형 전동기를 구성하는 회전자에 있어서의 1자극에 대응하는 외주를 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

여기에서는, 도 20에 나타낸 바와 같이, 원호 D2가, 원호 D1과 원호 D2의 교점 β4와 원호 D1의 중심 O를 통과하는 직선 g1 상의 점 O4를 중심으로 하여, 반경 R8로서 형성된다. 또한, 원호 D3이, 원호 D2와 원호 D3의 교점 β5와 원호 D2의 중심 O4를 통과하는 직선 g2 상의 점 O5를 중심으로 하여, 반경 R9로서 형성된 예를 들고 있다.

즉, d축과 회전자 철심(250)의 외주의 교점에 위치하는 원호 D1은, 회전 중심 O를 중심으로 하여 반경 R7로 형성된다. 또, 원호 D1에 인접하는 원호 D2는, 교점 β4와 원호 D1의 중심(회전 중심 O)을 통과하는 직선 g1 상의 점 O4를 중심으 로 하여 반경 R8로 형성된다. 또한, 중심 O와 중심 O4는 길이 L4만큼 이간하고 있고, R7=R8+L4가 성립한다.

이와 같이, 교점 β4, 중심 O4 및 중심 O를 통과하는 직선이 동일 직선 g1 상에 있으므로, 원호 D1과 원호 D2는, 교점 β4에 있어서의 접선도 동일 직선 y 상에 있게 된다. 이 때문에, 원호 D1과 원호 D2는, 교점 β4의 둘레방향 전후에 있어서도, 완만한 곡선을 그리게 된다.

또, 원호 D2에 인접하는 원호 D3은, 원호 D2와 원호 D3의 교점 β5와 원호 D2의 중심 O4를 통과하는 직선 g2 상의 점 O5를 중심으로 하여 반경 R9로 형성된다. 또한, 중심 O4와 중심 O5는 길이 L5만큼 이간하고 있고, R8=R9+L5가 성립한다.

여기에서도, 반경 R7, 반경 R8 및 반경 R9는, R7>R8>R9가 성립하는 관계에 있다. 보다 바람직하게는, 0.5≤R8/R7≤0.9가 성립하는 관계에 있다. 또한 바람직하게는, 0.5≤R9/R8≤0.9가 성립하는 관계에 있다.

또, 원호 D1은, 회전 중심 O로부터 d축의 양측에 기계각으로 각도 θ1[°]의 범위에서 형성된다. 여기에서, 각도 θ1[°]와 극쌍수 P의 관계는, 12°/P≤θ1≤90°/P인 것이 바람직하다. 그리고, 극쌍수 P는 4가 되므로, 3°≤θ1≤22.5°인 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태 4에 따른 전동기는, 서로 인접하는 원호 D1과 D2에 있어서, d축측의 원호 D1의 반경 R7이 q축측의 원호 D2의 반경 R8보다 크고, 또한, 서로의 원호의 교점 β4에 있어서, 원호 D1의 접선 y에 대한 원호 A2의 접선 z의 각도 α를 -3°≤α≤2°로 하고 있다. 또한, 서로 인접하는 원호 D2와 D3에 있어서, d축측의 원호 D2의 반경 R8이 q축측의 원호 D3의 반경 R9보다 크고, 또한, 서로의 원호의 교점 β5에 있어서, 원호 D2의 접선 a에 대한 원호 D3의 접선 b의 각도 α도 -3°≤α≤2°로 하고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태 4에 따른 전동기는, d축으로부터 q축에 있어서 2개 이상의 원호를 형성하고 있고, 각각의 교점에 있어서 각도 α를 -3° 이상 2° 이하로 하고 있다. 이 때문에, 본 실시 형태 1에 따른 전동기에 의해서도, 서로 인접하는 원호의 교점 근변에 있어서, 회전자 철심 외주 곡면의 곡률을 완만하게 변화시킬 수 있으며, 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 정현파 형상에 근사하는 것이 가능해진다. 그리고, 이에 의해, 토크 리플이나 유기 전압 왜곡률의 증가를 억제할 수 있고, 저진동, 저소음에 유효한 영구자석 매설형 전동기를 제공할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 1자극에 대응하는 외주를 2 또는 3의 상이한 반경을 갖는 원호에 의해 형성하고 있지만, 인접하는 원호는, 그들의 교점에 있어서의 작은 쪽의 원호의 접선의, 교점에 있어서의 큰 쪽의 원호의 접선에 대한 각도 α5를 -3° 이상 2° 이하가 되도록 설정하면, 1자극에 대응하는 외주를 4 이상의 상이한 반경을 갖는 원호에 의해 형성해도 된다. 동일하게 인접하는 원호의 교점과 원호의 중심을 통과하는 직선이 동일 직선 상에 형성되도록 형성했을 때도, 인접하는 원호 중 d축측이 되는 원호의 반경이, q축측이 되는 원호의 반경보다 큰 관계이면, 1자극에 대응하는 외주를 4 이상이 상이한 반경을 갖는 원호에 의해 형성해도 된다.

본 발명에 따른 영구자석 매설형 전동기는, 고정자와 회전자 사이의 에어 갭부의 자속 밀도 분포를 이상적인 정현파 형상으로 하여, 회전자 철심의 자석 매설구멍에 매설되는 영구자석을 갖는 회전자를 구비하는 전동기 등으로서 유용하다.

Claims

요크의 내주측에 복수의 티스를 갖는 고정자 철심에 권선을 감은 고정자와, 상기 티스와 대향하여 회전 가능하게 유지된 회전자 철심을 갖는 회전자를 구비하고, 상기 회전자 철심이, 자극을 형성하기 위한 영구자석을 매설한 복수의 자석 매설구멍을 가짐과 더불어, 복수의 상이한 반경의 원호로 이루어지는 외주형상을 갖는 영구자석 매설형 전동기로서,

상기 회전자의 회전 중심과 상기 영구자석의 중앙인 자극 중앙을 연결하는 직선을 d축으로 하고, 상기 회전 중심과 상기 영구자석이 서로 인접하는 그 중간점을 연결하는 직선을 q축으로 했을 때,

서로 인접하는 상기 원호는, 상기 d축측의 원호의 반경이 상기 q축측의 원호의 반경보다 크고, 또한, 상기 서로의 원호의 교점에 있어서, 상기 d축측의 원호의 접선에 대한 상기 q축측의 원호의 접선의 각도 α가 -3°≤α≤2°가 되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 1에 있어서,

상기 d축과 상기 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호는, 그 원호의 중심이 상기 회전 중심이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 2에 있어서,

상기 각도 α를 0°로 한 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

상기 d축과 상기 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호는, 상기 회전 중심으로부터 상기 d축의 양측에 기계각의 각도 θ1의 범위에서 형성되고,

상기 각도 θ1과 극쌍수 P의 관계를 12°/P≤θ1≤90°/P로 한 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 1에 있어서,

상기 d축과 상기 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호는, 그 원호의 중심이 상기 회전 중심으로부터 상기 d축을 따라 소정의 거리만큼 어긋난 위치가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 5에 있어서,

상기 각도 α를 0°로 한 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,

상기 d축과 상기 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호는, 그 중심으로부터 상기 d축의 양측에 기계각의 각도 θ1의 범위에서 형성되고,

상기 각도 θ1과 극쌍수 P의 관계를 12°/P≤θ1≤90°/P로 한 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 1에 있어서,

상기 원호는, 서로 인접하는 상기 원호의 교점과, 상기 d축측의 원호의 중심과, 상기 q축측의 원호의 중심이 동일한 직선 상이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 8에 있어서,

상기 d축과 상기 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호는, 그 원호의 중심이 상기 회전 중심이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 9에 있어서,

서로 인접하는 상기 원호에 있어서, 상기 d축측의 원호의 반경에 대한 상기 q축측의 원호의 반경의 비율을 (q축측의 원호의 반경)/(d축측의 원호의 반경)으로 할 때,

(q축측의 원호의 반경)/(d축측의 원호의 반경)은 0.5 이상 0.9 이하인 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,

상기 d축과 상기 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호는, 상기 회전 중심으로부터 상기 d축의 양측에 기계각의 각도 θ1의 범위에서 형성되고,

상기 각도 θ1과 극쌍수 P의 관계를 12°/P≤θ1≤90°/P로 한 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 8에 있어서,

상기 d축과 상기 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호는, 그 원호의 중심이 상기 회전 중심으로부터 상기 d축을 따라 소정의 거리만큼 어긋난 위치가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 12에 있어서,

서로 인접하는 상기 원호에 있어서, 상기 d축측의 원호의 반경에 대한 상기 q축측의 원호의 반경의 비율을 (q축측의 원호의 반경)/(d축측의 원호의 반경)으로 할 때,

(q축측의 원호의 반경)/(d축측의 원호의 반경)은 0.5 이상 0.9 이하인 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

상기 d축과 상기 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호는, 그 중심으 로부터 상기 d축의 양측에 기계각의 각도 θ1의 범위에서 형성되고,

상기 각도 θ1과 극쌍수 P의 관계를 12°/P≤θ1≤90°/P로 한 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 12에 있어서,

상기 d축과 상기 회전자 철심의 외주의 교점에 위치하는 원호의 반경을 Rn으로 하고, 상기 회전 중심으로부터 그 원호의 중심까지의 상기 소정의 거리를 X로 하고, (X+Rn)에 대한 X의 비율을 X/(X＋Rn)로 했을 때, X/(X+Rn)는 0.21 이하인 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 1에 있어서,

상기 회전자 철심은, 복수의 상기 자석 매설구멍을 갖는 고투자율의 얇은 철판을 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.
청구항 1에 있어서,

상기 고정자는, 상기 고정자 철심에 집중권 권선으로 감는 것을 특징으로 하는 영구자석 매설형 전동기.