WO2005088806A1

WO2005088806A1 - 永久磁石電動機並びにその駆動方法及び製造方法、冷媒圧縮機及び送風機

Info

Publication number: WO2005088806A1
Application number: PCT/JP2005/004096
Authority: WO
Inventors: Yoshinari Asano; Akio Yamagiwa
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2005-09-22
Also published as: JP4748058B2; JP2012060882A; JP5083291B2; JP2010022194A; JP2010022193A; JP2010022195A; JPWO2005088806A1; JP5083292B2

Abstract

　本発明は、永久磁石の磁束を有効に活用し、コストダウンに資する技術を提供することを目的とする。そして、本発明においては、永久磁石（１４ａ，１４ｂ）は磁気障壁（１９）と離れて配置される。永久磁石（１４ａ，１４ｂ）と磁気障壁（１９）との間にはそれぞれ本体部分（１０ａ，１０ｂ）が固定子に対向して露出している。永久磁石（１４ａ）と磁気障壁（１９）との間の本体部（１０ａ）には、永久磁石（１４ａ）の第２磁極面（１４ａＳ）から発生した磁束によって、Ｓ極性であって第１磁極面（１４ａＮ）の両側から固定子２と対向する、一対の第３磁極面（１３ａＳ１，１３ａＳ２）が発生する。同様にして、永久磁石（１４ｂ）の第２磁極面（１４ｂＮ）から発生した磁束によって、Ｎ極性であって第１磁極面（１４ｂＳ）の両側から固定子（２）と対向する、一対の第３磁極面（１３ｂＮ１，１３ｂＮ２）が発生する。

Description

永久磁石電動機並びにその駆動方法及び製造方法、冷媒圧縮機及び送風機

技術分野

[0001] 本発明は、永久磁石電動機に関し、永久磁石の磁束を有効に活用する技術に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、永久磁石電動機は、極数の数だけ永久磁石を用いて、た。例えば、 4極であれば 4個の磁石、 6極であれば 6個の磁石を用いていた。従って、極数が増すに伴い、永久磁石の数が増すこととなり、加工、組み立て工数が増大することとなる。

[0003] 一方、特許文献 1及び特許文献 2には、 1極ピッチ毎に永久磁石を設け、永久磁石の数を 1Z2とする永久磁石電動機が開示されている。これらの技術においては、永久磁石の磁極面のうち、固定子に対向する方の極性を同じにしている。これにより、固定子力遠い側の磁極面力発生する磁束を回転子表面へと曲げ、固定子に永久磁石が対向しなヽ位置での回転子にぉヽても磁極の機能を果たさせてヽる。

[0004] また一般的な表面磁石型電動機では、多極に着磁されたリング形状の永久磁石を用いる。これにより、一体の永久磁石にて任意の極数の回転子を実現することができる。なお、特許文献 3乃至特許文献 9も本発明と関連している。

特許文献 1 特開平 8— 107639号公報

特許文献 2特開平 10 —136593号公報

特許文献 3特開平 5— 211796号公報

特許文献 4特開平 11 —275826号公報

特許文献 5特開平 11 —275828号公報

特許文献 6特開平 11 —341758号公報

特許文献 7特開平 10 —66284号公報

特許文献 8特開平 11 —98731号公報

特許文献 9特開平 5— 211796号公報発明の開示

[0006] 特許文献 1及び特許文献 2に記載された技術では、永久磁石数を半減することによつてコストダウンを実現している。しかし、永久磁石の磁極面のうち、回転子表面から遠ヽ方は全て同極性となる。従って固定子から遠、方の磁極面力も発生する磁束は、永久磁石が対向しない位置で固定子に形成される磁極の磁束としては、有効には活用されて、な力つた。し力もシャフトが磁性体であればシャフトを介して軸受等が磁化することにより、軸受の損失が増大するという問題点もある。

[0007] また表面磁石型電動機において用いられるリング形状の永久磁石は加工コストが高い。し力も永久磁石も回転周方向の全周（360度)分必要であり、永久磁石数の低減によるコストダウンを必ずしも得られて、な、のが実情である。

[0008] そこで本発明は、永久磁石の磁束を有効に活用し、ひいてはコストダウンに資することを目的とする。

[0009] この発明にかかる永久磁石電動機の第 1の態様は、固定子（2)と、前記固定子に対して空隙 (Agi, Agm)を介して対向する回転子（1)とを備える。前記回転子は、回転軸 (M)を中心とする略円筒形の側面（ 100)を有する本体（ 10)と、前記回転軸に垂直な断面にお!、て、前記側面の第 1の磁極面境界位置及び第 2の磁極面境界位置（10Q1— 10Q6)の間に延在し、磁束の透過を阻害する磁気障壁（101— 104, 1 2, 45, 121-125, 14X, 14Y)と、前記磁気障壁を介して相互に反対側に設けられ、その各々が相互に極性が異なる第 1及び第 2の磁極面（l laN, l laS, l lbS, 1 lbN, 14aN, 14aS, 14bS, 14bN, 14cN, 14cS)を有する複数の永久磁石（11a , l ib, 14a, 14b, 14c)とを含む。

[0010] この発明にかかる永久磁石電動機の第 2の態様は、永久磁石電動機の第 1の態様であって、前記本体（10)は前記磁気障壁によって、前記回転子の周方向に隣接して配置された 2n (nは 1以上の整数)個の磁束発生部（la, lb)に、区分され、隣接する前記磁束発生部の前記永久磁石の前記第 1磁極面同士は、極性が相互に反対である。各々の前記永久磁石はその属する前記磁束発生部において、前記第 1磁極面が前記固定子に対向し、前記第 2磁極面からの磁束によって、前記永久磁石と前記磁気障壁との間の前記本体部分（10m, 10η)において、前記第 2磁極面と同極性で、前記第 1磁極面の両側から前記固定子と対向する第 3磁極面（13aSl, 13aS 2 ; 13bNl, 13bN2)が発生する。

[0011] この発明にかかる永久磁石電動機の第 3の態様は、永久磁石電動機の第 2の態様であって、前記回転子（1A, 1B ; 1C, ID, IE)は複数設けられ、複数の前記回転子は前記回転軸を共有して固着して連結される。異なる前記回転子に属する前記第 1 磁極面の位置は、周方向に相互にずれている。

[0012] この発明に力かる永久磁石電動機の第 4の態様は、永久磁石電動機の第 3の態様であって、前記回転子（1C, ID, 1E)は少なくとも三個設けられ、一の前記回転子の前記磁束発生部と、これに隣接する前記回転子の前記磁束発生部との間での磁束の透過を阻害する回転子間磁気障壁 (5)を更に含む。各々の前記回転子の前記第 1磁極面は周方向に相互に異なる位置で配置され、異なる前記回転子の磁極面が前記回転軸の方向に極性を同じくして並ぶ。

[0013] この発明に力かる永久磁石電動機の第 5の態様は、永久磁石電動機の第 2の態様であって、前記回転子（1)は前記固定子（2)に囲まれ、前記第 2磁極面（l laS, l ib N)は前記回転子の回転中心に向く。

[0014] この発明に力かる永久磁石電動機の第 6の態様は、永久磁石電動機の第 5の態様であって、前記回転子（1)は、前記回転中心において前記本体部分（10m, 10η)を貫通するシャフト (46)と、前記回転軸の周囲に設けられた非磁性のボス（120)とを更に含む。

[0015] この発明に力かる永久磁石電動機の第 7の態様は、永久磁石電動機の第 5の態様であって、前記回転子（1)は、前記回転中心において前記本体部分（10m, 10η)を貫通する非磁性のシャフト (45)を更に含む。

[0016] この発明に力かる永久磁石電動機の第 8の態様は、永久磁石電動機の第 5の態様であって、前記回転子（1)は、前記本体部分（10m, 10η)の前記回転中心の端部に設けられるシャフト (4)を更に含む。

[0017] この発明にかかる永久磁石電動機の第 9の態様は、永久磁石電動機の第 5の態様であって、前記磁気障壁（124, 125)は前記隣接する前記磁束発生部（la, lb)の間に複数設けられ、前記複数の前記磁気障壁は前記回転軸を挟む。前記回転子（1 )は、前記回転軸において前記回転子を貫通するシャフト (46)を更に含む。

[0018] この発明にかかる永久磁石電動機の第 10の態様は、永久磁石電動機の第 2の態様であって、前記本体部分（10m, 10η)は、その一部（10j, 10k)が前記第 1磁極面（l laN, l lbS)よりも前記固定子（2)側に位置する。

[0019] この発明にかかる永久磁石電動機の第 11の態様は、永久磁石電動機の第 10の態様であって、前記本体部分（10m, 10η)には前記永久磁石（11a, l ib)を埋設する埋設穴（I la0 ; l lb0)が設けられる。前記磁気障壁（19)の端部（101, 102)と前記埋設穴の両端とは、前記回転子（1)の外周近傍において前記磁束発生部（la, lb) をほぼ等分する位置に配置される。

[0020] この発明にかかる永久磁石電動機の第 12の態様は、永久磁石電動機の第 11の態様であって、前記磁気障壁（19)は隣接する前記磁束発生部（la； lb)の前記本体部分（10m, 10η)を前記回転子（1)の外周において連結する薄肉部（101, 102)と、前記薄肉部に接する一端を有して延在する非磁性体 (12)とを備える。前記埋設穴 (HaO, l lbO)の端の前記固定子（2)に最も近い位置での前記周方向の幅 (Tm)と、隣接する一対の前記磁束発生部の間に介在する前記薄肉部の前記固定子に最も近！、位置での前記周方向の幅 (Tg)とはほぼ等、。

[0021] この発明にかかる永久磁石電動機の第 13の態様は、永久磁石電動機の第 11の態様であって、前記磁気障壁（19)は隣接する前記磁束発生部（la, lb)の前記本体を前記回転子（1)の外周において連結する薄肉部（101, 102)と、前記薄肉部に接する一端を有して延在する非磁性体（ 12)とを備える。前記埋設穴（ 1 laO)の端と前記回転子の外周面との間の厚さ（Bm)と、前記薄肉部の厚さ（Bg)とはほぼ等しい。

[0022] この発明にかかる永久磁石電動機の第 14の態様は、永久磁石電動機の第 2の態様であって、前記本体部分（10m, 10η)には前記永久磁石（11a, l ib)を埋設する埋設穴（l laO, l lbO)が設けられ、前記磁気障壁（19)は隣接する前記磁束発生部 (la, lb)の前記本体を前記回転子（1)の外周において連結する薄肉部（101, 102 )と、前記薄肉部に接する一端を有して延在する非磁性体（12)とを備える。前記非磁性体（ 12)の厚さ (Cg)は前記埋設穴の厚さ (Cm)よりも大き!/、。

[0023] この発明にかかる永久磁石電動機の第 15の態様は、永久磁石電動機の第 12の態様であって、前記第 1磁極面（l laN, l lbS)と前記固定子の間の前記空隙 (Agm) は、前記第 3磁極面（13aSl, 13aS2, 13bNl, 13bN2)と前記固定子（2)の間の前記空隙 (Agi)よりも大きい。

[0024] この発明にかかる永久磁石電動機の第 16の態様は、永久磁石電動機の第 14の態様であって、前記非磁性体（12)の厚さ（Cg)は、前記第 3磁極面（13aSl, 13aS2, 13bNl, 13bN2)と前記固定子（2)の間の前記空隙 (Agi)の 2倍程度以上である。

[0025] この発明にかかる永久磁石電動機の第 17の態様は、永久磁石電動機の第 10の態様であって、前記本体部分（10m, 10η)には前記永久磁石（11a, l ib)を埋設する埋設穴（l laO, l lbO)が設けられ、前記埋設穴の端部は前記回転子（1)の周方向に沿って延在する幅広部（9a, 9b)を有する。

[0026] この発明にかかる永久磁石電動機の第 18の態様は、永久磁石電動機の第 10の態様であって、前記本体部分（10m, 10η)には前記永久磁石（11a, l ib)を埋設する埋設穴（l laO, l lbO)と、前記埋設穴の端部に離隔しつつ近接して設けられた非磁性体（91a, 91b)とが設けられる。

[0027] この発明にかかる永久磁石電動機の第 19の態様は、永久磁石電動機の第 10の態様であって、前記磁気障壁（19)は隣接する前記磁束発生部（la, lb)の前記本体部分（10m, 10η)を前記回転子（1)の外周において連結する薄肉部（101, 102)と、前記薄肉部に接する一端を有して延在する非磁性体（12)と、前記非磁性体の端部に離隔しつつ近接して設けられた非磁性体 (91c)とを備える。

[0028] この発明にかかる永久磁石電動機の第 20の態様は、永久磁石電動機の第 10の態様であって、前記磁気障壁（19)は隣接する前記磁束発生部（la, lb)の前記本体部分（10m, 10η)を前記回転子（1)の外周において連結する薄肉部（101, 102)と、前記薄肉部に接する一端を有して延在する非磁性体（12)と、前記非磁性体の端部に設けられ、前記第 2磁極面（l laS, l lbN)と同極性で前記第 2磁極面に向く磁極面を有する他の永久磁石とを持つ。

[0029] この発明にかかる永久磁石電動機の第 21の態様は、永久磁石電動機の第 2の態様であって、前記固定子（2)は、 6n極の磁束を発生させる第 1卷線 (Al, A2, A3, Bl, B2, B3, CI, C2, C3)と、 2n極の磁束を発生させる第 2卷線（Dl, D2, El, E 2, Fl, F2)とを有する。

[0030] この発明にかかる永久磁石電動機の第 22の態様は、永久磁石電動機の第 21の態様であって、前記第 1卷線 (Al, A2, A3, Bl, B2, B3, CI, C2, C3)は集中巻として、前記第 2卷線 (Dl, D2, El, E2, Fl, F2)は分布卷として、それぞれ卷回される。

[0031] この発明にかかる永久磁石電動機の第 23の態様は、永久磁石電動機の第 22の態様であって、前記固定子（2)は、前記第 1卷線 (Al, A2, A3, Bl, B2, B3, CI, C 2, C3)が卷回される複数の歯部（21)を更に有する。前記第 2卷線 (Dl, D2, E1, E2, Fl, F2)は前記第 1の卷線を介して前記歯部に設けられる。

[0032] この発明にかかる永久磁石電動機の第 24の態様は、永久磁石電動機の第 2の態様であって、前記固定子（2)は、 6n極の磁束を発生させる第 1電流 (I , 1 , 1 )と、

6A 6B 6C

2n極の磁束を発生させる第 2電流（I , I , I , I , I , I , I , I , I )との共通の

2A 2B 2C 2D 2E 2F 2G 2H 21

経路となる卷線 (A— I)を有する。

[0033] この発明にかかる永久磁石電動機の駆動方法の第 1の態様は、第 21乃至第 24の態様のいずれかの永久磁石電動機を、起動時を除いて所定の回転速度よりも小さな値で前記回転子（1)が回転する第 1の場合と、前記所定の回転速度よりも大きな値で前記回転子が回転する第 2の場合とに分けた態様で駆動する方法である。そして少なくとも前記第 1の場合には前記 6n極の磁束によって駆動し、少なくとも前記第 2 の場合には前記 2n極の磁束によって駆動する。

[0034] この発明にかかる永久磁石電動機の駆動方法の第 2の態様は、第 21乃至第 24の態様のヽずれかの永久磁石電動機を駆動する方法である。そして駆動状態が安定した場合及び前記永久磁石電動機に設定された最高負荷を含んだ駆動領域においては、前記 2n極及び前記 6n極の磁束によって駆動する。

[0035] この発明にかかる永久磁石電動機の駆動方法の第 3の態様は、第 21乃至第 24の態様のいずれかの永久磁石電動機を駆動する方法である。そして前記固定子（2)に発生する磁束の位相を、前記回転子（1)の角度（ Θ )に対して正値（j8 )で進める。

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[0036] この発明に力かる永久磁石電動機の製造方法は、固定子（2)が有する複数の歯部

(21)の間で卷線ノズルを遥動させ、前記歯部に第 1卷線を卷回する (Al, A2, A3 , Bl, B2, B3, CI, C2, C3)ステップと、あらかじめ所定の卷枠に分布卷で卷回された第 2卷線 (Dl, D2, El, E2, Fl, F2)を前記第 1卷線の間に挿入し、前記第 2 卷線を前記第 1の卷線を介して前記歯部に設けるステップと、を備える。

[0037] この発明にかかる永久磁石電動機の第 25の態様は、永久磁石電動機の第 1の態様であって、前記永久磁石（14a, 14b, 14c)は、前記回転軸 (M)を挟んで前記側面（100)にお、て相互にほぼ正対する第 1位置（10P)及び第 2位置（10R)の間で、前記磁気障壁を介して相互に隣接しつつ延在する。前記回転子（1)は、前記永久磁石同士の隣接位置（14X, 14Y)近傍から前記第 1の磁極面境界位置及び前記第 2の磁極面境界位置へと延び、前記永久磁石と共に前記本体を、磁気的に相互に遮蔽された複数の本体部分（10a— 10f)に区分する非磁性体（121a, 121b, 122a , 122b, 121, 122)を更に含む。前記永久磁石の着磁方向は、少なくとも前記隣接位置又は、前記隣接位置及びその近傍を除く部分において、前記永久磁石の延在する方向及び前記回転軸の双方に対してほぼ直交する。

[0038] この発明にかかる永久磁石電動機の第 26の態様は、永久磁石電動機の第 25の態様であって、前記永久磁石（14a, 14b, 14c)は前記隣接位置（14X, 14Y)を介して相互に連結して永久磁石体（14)を構成し、前記隣接位置における前記永久磁石体は無着磁もしくは前記回転軸に沿って着磁される。

[0039] この発明にかかる永久磁石電動機の第 27の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記永久磁石体（14)は前記回転軸 (M)近傍を通過して設けられる。

[0040] この発明に力かる永久磁石電動機の第 28の態様は、永久磁石電動機の第 27の態様であって、前記第 1位置（10P)側に位置する前記本体部分（10c, 10d)を区分する前記非磁性体（122a, 122b)は前記第 1位置（10P)側に位置する前記本体部分に対して凸に湾曲し、前記第 2位置（10R)側に位置する前記本体部分（10a, 10f) を区分する前記非磁性体（121a, 121b)は前記第 2位置（10R)側に位置する前記本体部分に対して凸に湾曲する。

[0041] この発明に力かる永久磁石電動機の第 29の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記永久磁石体（14)は前記回転軸 (M)近傍を迂回して設けられる。

[0042] この発明に力かる永久磁石電動機の第 30の態様は、永久磁石電動機の第 29の態様であって、前記永久磁石体（14)は前記側面（100)近傍に設けられる。

[0043] この発明にかかる永久磁石電動機の第 31の態様は、永久磁石電動機の第 30の態様であって、前記第 1位置（10P)近傍及び第 2位置（10R)近傍に他の磁気障壁が設けられる。

[0044] この発明に力かる永久磁石電動機の第 32の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記第 1の磁極面境界位置及び前記第 2の磁極面境界位置（10Q1— 10Q6)、並びに前記第 1位置（10P)及び第 2位置（10R)は、前記回転子（1)の側面（100)を周方向にほぼ等分する位置に配置される。

[0045] この発明に力かる永久磁石電動機の第 33の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記本体（10)には前記永久磁石体（14)を埋設する埋設穴（13)が設けられ、前記非磁性体（121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122,；)の前記側面（10 0)側の端部が前記側面に沿って有する幅 (Tg2)と、前記埋設用穴（13)の前記側面近傍で有する幅 (Tm)とがほぼ等、。

[0046] この発明にかかる永久磁石電動機の第 34の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記本体（10)には前記永久磁石体（14)を埋設する埋設穴（13)が設けられ、前記磁 '性体（121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122)と前記佃 J面（100) との間の薄肉部の厚さ（Bg)と、前記埋設用穴（13)と前記側面（100)との間の薄肉部の厚さ（Bm)とがほぼ等し、。

[0047] この発明に力かる永久磁石電動機の第 35の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記非磁性体（121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122)の幅（Tgl)力 S 、前記回転子（1)と前記固定子（2)との間の空隙の 2倍程度以上である。

[0048] この発明にかかる永久磁石電動機の第 36の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記非磁性体（121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122)と前記永久磁石体（14)とは接触して、もしくは前記本体（10)の薄肉部を介して隔てられて設けられる。

[0049] この発明に力かる永久磁石電動機の第 37の態様は、永久磁石電動機の第 29の態様であって、前記回転子（1)は、前記回転軸 (M)において前記本体（10)を貫通する非磁性のシャフト (40)を更に含む。 [0050] この発明にかかる永久磁石電動機の第 38の態様は、永久磁石電動機の第 29の態様であって、前記回転子（1)は、前記回転軸 (M)において前記本体（10)を貫通する絶縁性のシャフト（40)を更に含む。

[0051] この発明にかかる永久磁石電動機の第 39の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記回転子（1)は、前記本体（10)の前記回転軸 (M)の端部に設けられるシャフト（4)を更に含む。

[0052] この発明にかかる永久磁石電動機の第 40の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記回転子（1)は、軸受保持部分 (45s)及び少なくとも一つの回転子貫通部分 (45r)とを含むシャフト (45)を更に含む。前記回転子貫通部分は前記軸受保持部分に対して偏芯し、前記本体（10)には前記回転子貫通部分が嵌合する貫通穴（17)が設けられる。

[0053] この発明にかかる永久磁石電動機の第 41の態様は、永久磁石電動機の第 40の態様であって、前記貫通穴（17)及び前記回転子貫通部分 (45r)はそれぞれ一対設けられ、前記貫通穴は前記本体部分のうち、同極性の二つにおいてそれぞれ穿たれる

[0054] この発明にかかる永久磁石電動機の第 42の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記回転子（1A, 1B)は複数設けられる。複数の前記回転子は相互に共通する回転軸 (M)を有して固着して連結され、異なる前記回転子に属する前記永久磁石体（14)の位置は、周方向に相互にずれて、る。

[0055] この発明にかかる永久磁石電動機の第 43の態様は、永久磁石電動機の第 26の態様であって、前記永久磁石体（14)は、厚み方向に異方性を有する。

[0056] この発明に力かる永久磁石電動機の駆動方法の第 4の態様は、第 26乃至第 43の態様のいずれかの永久磁石電動機を駆動する方法であって、前記固定子（2)に発生する磁束の位相を、前記回転子（1)の角度（ Θ )に対して正値で進める。

[0057] この発明にかかる永久磁石電動機の第 1の態様によれば、磁気障壁を介した一側と他側との間は磁気障壁によって磁束の透過が阻害されるので、磁極面から得られる磁束を回転子の側面へと効率よく導くことができる。しかも磁気障壁は磁極面境界として機能するので、磁気障壁を介して対向する側のそれぞれにおヽて回転子の磁極面を独立して形成することができ、永久磁石当たりの磁極面数を 2以上とすることもできる。

[0058] この発明にかかる永久磁石電動機の第 2の態様によれば、第 1磁極面及び第 3磁極面が回転子の界磁を与えるので、磁束発生部一つ当たりに永久磁石を一つでも備えて、れば、回転子の極数を 6n個とすることができる。

[0059] この発明に力かる永久磁石電動機の第 3の態様によれば、トルクの脈動を低減できる。

[0060] この発明にかかる永久磁石電動機の第 4の態様によれば、磁気吸引力を均等にしやすい。また擂り粉木運動の発生を抑制できる。

[0061] この発明に力かる永久磁石電動機の第 5の態様によれば、いわゆる内転型の永久磁石電動機に適用できる。

[0062] この発明にかかる永久磁石電動機の第 6の態様によれば、シャフトに磁性体を採用しても、磁気障壁の機能を妨げず、第 3磁極面を発生させることができる。

[0063] この発明にかかる永久磁石電動機の第 7の態様によれば、シャフトが非磁性体なので、磁気障壁の機能を妨げず、第 3磁極面を発生させることができる。

[0064] この発明に力かる永久磁石電動機の第 8の態様によれば、シャフトは本体を貫通する必要がないので、磁性体を採用しても磁気障壁の機能を妨げず、第 3磁極面を発生させることができる。

[0065] この発明にかかる永久磁石電動機の第 9の態様によれば、磁気障壁が回転中心を磁束発生部で発生する磁束から防ぐので、シャフトに磁性体を採用しても、磁気障壁の機能を妨げず、第 3磁極面を発生させることができる。

[0066] この発明に力かる永久磁石電動機の第 10の態様によれば、いわゆる埋め込み磁石型の永久磁石電動機に適用できる。

[0067] この発明に力かる永久磁石電動機の第 11の態様によれば、回転子の磁極面をほぼ等しい角度に等配することができ、回転子の擂り粉木運動の発生を抑制できる。

[0068] この発明にかかる永久磁石電動機の第 12の態様によれば、第 1磁極面からの磁束と第 3磁極面力もの磁束とのアンバランスを低減することができる。

[0069] この発明にかかる永久磁石電動機の第 13の態様によれば、第 1磁極面からの磁束と第 3磁極面力もの磁束とのアンバランスを低減することができる。また応力が均一に分布することになり、ある部分のみ極端に応力が集中することがないため、強度面でも有利である。

[0070] この発明にかかる永久磁石電動機の第 14の態様によれば、第 1磁極面からの磁束と第 3磁極面力もの磁束とのアンバランスを低減することができる。また非磁性体での磁束の漏れを低減し、第 3磁極面における磁束密度の低下を防ぐ。

[0071] この発明にかかる永久磁石電動機の第 15の態様によれば、第 1磁極面からの磁束と第 3磁極面力もの磁束とのアンバランスを低減することができる。

[0072] この発明にかかる永久磁石電動機の第 16の態様によれば、第 1磁極面からの磁束と第 3磁極面力もの磁束とのアンバランスを低減することができる。また非磁性体での磁束の漏れを低減し、第 3磁極面における磁束密度の低下を防ぐ。

[0073] この発明にかかる永久磁石電動機の第 17の態様によれば、同じ磁束発生部での第 1磁極面と第 3磁極面との間で磁束が短絡的に流れることを抑制する。これにより第 1磁極面と第 3磁極面の磁束をそれぞれの中央に集中させることができ、トルクが向上する。

[0074] この発明にかかる永久磁石電動機の第 18の態様によれば、同じ磁束発生部での第 1磁極面と第 3磁極面との間で磁束が短絡的に流れることを抑制する。これにより第 1磁極面と第 3磁極面の磁束をそれぞれの中央に集中させることができ、トルクが向上する。

[0075] この発明にかかる永久磁石電動機の第 19の態様によれば、同じ磁束発生部での第 1磁極面と第 3磁極面との間で磁束が短絡的に流れることを抑制する。これにより第 1磁極面と第 3磁極面の磁束をそれぞれの中央に集中させることができ、トルクが向上する。

[0076] この発明に力かる永久磁石電動機の第 20の態様によれば、磁束の空間高調波を低減することができる。

[0077] この発明に力かる永久磁石電動機の第 21の態様によれば、 6n極のマグネットトルクの他、 2n極のリラクタンストルクを得ることができる。集中巻で生じる可能性のある、同一スロット中に収納される卷線に流れる電流で生成される磁束同士が相殺する、という問題点が少ない。

[0078] この発明に力かる永久磁石電動機の第 22の態様によれば、 6n極のマグネットトルクの他、 2n極のリラクタンストルクを得ることができる。集中巻で生じる可能性のある、同一スロット中に収納される卷線に流れる電流で生成される磁束同士が相殺する、という問題点が少ない。

[0079] この発明に力かる永久磁石電動機の第 23の態様によれば、 6n極のマグネットトルクの他、 2n極のリラクタンストルクを得ることができる。

[0080] この発明に力かる永久磁石電動機の第 24の態様によれば、 6n極のマグネットトルクの他、 2n極のリラクタンストルクを得ることができる。第 1電流と第 2電流とを同一の卷線に流すので、いずれの電流で駆動する場合にも卷線の全てを利用することができ、卷線の利用効率が上がる。

[0081] この発明にかかる永久磁石電動機の駆動方法の第 1の態様によれば、高速運転において大きくなる傾向にある鉄損を低減しつつ、低速運転での回転子の回転が滑らかとなる。

[0082] この発明に力かる永久磁石電動機の駆動方法の第 2の態様によれば、流す電流を低減し、長期に運転される安定状態での銅損や、最高負荷を含んだ駆動領域で主体となる銅損を低減できる。

[0083] この発明にかかる永久磁石電動機の駆動方法の第 3の態様によれば、リラクタンストルクを利用することができる。

[0084] この発明に力かる永久磁石電動機の製造方法によれば、複数の歯部の間の卷線用溝はほぼ全てにわたって卷線が収納され、卷線占積率を向上させることができる。

[0085] この発明にかかる永久磁石電動機の第 25の態様によれば、非磁性体は磁気障壁の一部として機能する。永久磁石の一対の磁極面力もそれぞれ発生する磁束の一方もしくは両方が本体部分を介して側面へと導かれる。この際、隣接位置を隔てた磁束は磁気障壁によって透過が阻まれるので、隣接位置に 1を加えた値の 2倍の磁極面が回転子側面に発生する。永久磁石は側面においてほぼ相互に正対する第 1の第 2種位置及び第 2の第 2種位置の間に延在するので、磁極面における磁束密度はほぼ等しく揃えることができる。 [0086] この発明に力かる永久磁石電動機の第 26の態様によれば、隣接位置における永久磁石体も磁気障壁として機能するので、複数の永久磁石を一体に形成することができる。

[0087] この発明にかかる永久磁石電動機の第 27の態様によれば、本体部分のそれぞれにおける、永久磁石体力も側面に至る磁気抵抗を相互に均一にしゃすい。

[0088] この発明にかかる永久磁石電動機の第 28の態様によれば、本体部分のそれぞれにおける、永久磁石体力も側面に至る磁気抵抗を相互に均一にしゃすい。

[0089] この発明に力かる永久磁石電動機の第 29の態様によれば、本体に貫通するシャフトを設けることができる。

[0090] この発明に力かる永久磁石電動機の第 30の態様によれば、永久磁石体の磁束を有効に活用し、トルクを大きくすることができる。

[0091] この発明にかかる永久磁石電動機の第 31の態様によれば、第 1位置及び第 2位置近傍で永久磁石体の両側からの磁束が短絡して流れな、ようにする。

[0092] この発明に力かる永久磁石電動機の第 32の態様によれば、回転子の磁極面をほぼ等しい角度に等配することができ、回転子の振れ回り運動の発生を抑制できる。

[0093] この発明にかかる永久磁石電動機の第 33の態様によれば、固定子から見た回転子の側面近傍の磁気突極性を均一にする。

[0094] この発明にかかる永久磁石電動機の第 34の態様によれば、薄肉部の漏れ磁束の影響を均一とできる。また応力が均一に分布することになり、ある部分のみ極端に応力が集中することがないため、強度面でも有利である。

[0095] この発明にかかる永久磁石電動機の第 35の態様によれば、非磁性体での磁束の漏れを低減し、回転子の磁極面における磁束密度の低下を防ぐ。

[0096] この発明に力かる永久磁石電動機の第 36の態様によれば、非磁性体は、永久磁石体と共に本体を磁気的に相互に遮蔽された複数の本体部分に区分する。

[0097] この発明にかかる永久磁石電動機の第 37の態様によれば、シャフトが非磁性体なので、シャフト内部に磁束が通らず、磁束を有効に活用する。

[0098] この発明に力かる永久磁石電動機の第 38の態様によれば、シャフトにおける渦電流の発生を防止する。 [0099] この発明に力かる永久磁石電動機の第 39の態様によれば、シャフトは本体を貫通する必要がないので、永久磁石体及び非磁性体の配置に自由度が増すとともに、シャフト内部に磁束が通らず、磁束を有効に活用する。

[0100] この発明に力かる永久磁石電動機の第 40の態様によれば、軸受保持部分を軸として回転子が回転可能である。

[0101] この発明に力かる永久磁石電動機の第 41の態様によれば、シャフトが磁性体であつても、磁束の短絡が発生しない。

[0102] この発明に力かる永久磁石電動機の第 42の態様によれば、トルクの脈動が低減される。

[0103] この発明にかかる永久磁石電動機の第 43の態様によれば、着磁率が良好で、つ最大エネルギー積も向上できる。

[0104] この発明にかかる永久磁石電動機の駆動方法の第 4の態様によれば、リラクタンストルクを利用することができる。

[0105] 本発明の第 1乃至第 43の態様のいずれかの永久磁石電動機を備える、冷媒圧縮機や送風機を得ることもできる。

[0106] この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによつて、より明白となる。

図面の簡単な説明

[0107] [図 1]本発明の第 1実施の形態に力かる永久磁石電動機の構成を示す断面図である

[図 2]本発明の第 1実施の形態に力かる回転子の構造の詳細を例示する断面図である。

[図 3]本発明の第 1実施の形態に力かる固定子と回転子とに流れる磁束のシミュレ一シヨン結果を示す図である。

[図 4]本発明の第 1実施の形態に力かる固定子の卷線の卷回の態様を模式的に示す断面図である。

[図 5]図 4に示された卷回の態様を示す等価回路図である。

[図 6]本発明の第 1実施の形態に力かる回転磁束を発生させるための電流を示すグラフである。

圆 7]本発明の第 1実施の形態に力かる回転磁束を発生させるための電流を示すグラフである。

圆 8]本発明の第 1実施の形態における磁束のシミュレーション結果を示す図である。圆 9]本発明の第 1実施の形態における磁束密度を示すグラフである。

圆 10]本発明の第 1実施の形態に対して比較対照となる固定子と回転子とに流れる磁束のシミュレーション結果を示す図である。

圆 11]本発明の第 1実施の形態の効果に力かるトルク波形を示すグラフである。

[図 12]本発明の第 2の実施の形態に力かる回転子へのシャフトの取り付けを例示する斜視図である。

圆 13]本発明の第 2の実施の形態の他の形態を示す断面図である。

圆 14]本発明の第 2の実施の形態の更に他の形態を示す断面図である。

圆 15]本発明の第 3の実施の形態にカゝかる永久磁石を埋設する埋設穴と、薄肉部との位置関係を例示する断面図である。

圆 16]本発明の第 4の実施の形態に力かる回転子、固定子についての好適な寸法関係を例示する断面図である。

圆 17]本発明の第 5の実施の形態に力かるモータを示す斜視図である。

圆 18]本発明の第 5の実施の形態に力かる回転子と固定子との位置関係、回転子と固定子との位置関係を示す断面図である。

圆 19]本発明の第 5の実施の形態の効果に力かるトルク波形を示すグラフである。圆 20]本発明の第 5の実施の形態において回転子を三分割した場合の構成を例示している。

圆 21]本発明の第 5の実施の形態に力かる回転子の回転子磁気障壁を示す平面図である。

圆 22]本発明の第 5の実施の形態に力かる回転子の間に挟まれる磁性体の構造を示す斜視図を示す。

圆 23]本発明の第 6の実施の形態に力かる第 2卷線を例示する断面図である。

圆 24]本発明の第 6の実施の形態に力かる第 2卷線の等価回路を示す回路図である圆 25]本発明の第 6の実施の形態に力かる第 2卷線の卷回の態様を示す断面図である。

圆 26]本発明の第 6の実施の形態に力かる 2極の磁束を発生させる一例を示す断面図である。

圆 27]本発明の第 6の実施の形態に力かる固定子の歯部に集中卷された卷線を示す断面図である。

[図 28]6極の磁束を発生させるための電流及び 2極の磁束を発生させるための電流を流す構成を示すブロック図である。

[図 29]各相卷線に流れる電流を示すグラフである。

[図 30]各相卷線に流れる電流を示すグラフである。

[図 31]各相卷線に流れる電流を示すグラフである。

[図 32]各相卷線に流れる電流を示すグラフである。

[図 33]各相卷線に流れる電流を示すグラフである。

[図 34]各相卷線に流れる電流を示すグラフである。

[図 35]各相卷線に流れる電流を示すグラフである。

[図 36]各相卷線に流れる電流を示すグラフである。

[図 37]各相卷線に流れる電流を示すグラフである。

圆 38]本発明の第 7の実施の形態に力かる回転子の他の態様を示す断面図である。圆 39]本発明の第 7の実施の形態に力かる回転子の変形された構成を示す断面図である。

圆 40]本発明の第 7の実施の形態に力かる回転子の更に変形された構成を例示する断面図である。

圆 41]本発明の第 7の実施の形態に力かる回転子における永久磁石の構成の変形を例示する断面図である。

圆 42]本発明の第 7の実施の形態に力かる回転子の他の態様を示す断面図である。圆 43]本発明の第 8の実施の形態に力かる永久磁石電動機の構成を示した断面図である。 [図 44]回転子の構成をより詳細に示す断面図である。

[図 45]本発明の第 8の実施の形態における磁束のシミュレーション結果を示す図である。

[図 46]本発明の第 8の実施の形態の効果に力かるトルク波形を示すグラフである。

[図 47]本発明の第 9の実施の形態に力かる回転子を例示する断面図である。

[図 48]本発明の第 10の実施の形態に力かる回転子を例示する断面図である。

[図 49]本発明の第 11の実施の形態に力かる回転子 1の構造を例示する断面図である。

[図 50]本発明の第 11の実施の形態の変形に力かる回転子の構造を例示する断面図である。

[図 51]本発明の第 11の実施の形態の変形において流れる磁束のシミュレーション結果を示す図である。

[図 52]本発明の第 11の実施の形態の変形で得られるトルク波形を示すグラフである

[図 53]本発明の第 12の実施の形態に力かる回転子の構造を例示する斜視図である

[図 54]本発明の第 12の実施の形態の変形に力かる回転子の構造を例示する断面図である。

[図 55]本発明の第 12の実施の形態の他の変形に力かる回転子の構造を例示する断面図である。

[図 56]回転子に対してシャフトを設ける態様を例示する斜視図である。

[図 57]回転子の構成を示す断面図である。

[図 58]回転子に対してシャフトを設ける態様を例示する斜視図である。

[図 59]本発明の第 13の実施の形態に力かるモータの構造を一部破断して示す斜視図である。

[図 60]回転子と固定子との位置関係を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明において、特に断らない限り、磁束が流れる向きは N極から S極に向力う場合のみならず、 S極力 N極に向力場合をも含める。従って例えば「磁束の発生」と V、う表現は N極での磁束の流出のみならず、 S極への磁束の流入につ!、ても採用する。

[0109] また、以下では回転子が固定子に囲まれたいわゆる内転型の構成を例示して説明するが、本発明は固定子が回転子に囲まれた!/、わゆる外転型にも適用可能である。

[0110] 第 1の実施の形態.

本実施の形態は概説すれば、固定子と対向する側の永久磁石の磁極面を、周方向に交互に配置し、以て永久磁石数を極数の 1Z3まで低減するものである。更に磁束を所定の方向に誘導することにより、電動機以外の部分への磁束の漏れを低減する。

[0111] 図 1は本実施の形態に力かる永久磁石電動機の構成を、回転軸に垂直な方向から見た断面図である。当該永久磁石電動機は、固定子 2と、固定子 2に対して空隙（寸法が小さいため、図 1では明瞭には現れない）を介して対向する回転子 1とを備える。

[0112] 固定子 2は歯部 21の複数と、歯部 21を回転子 1とは反対側で連結する環状のョーク 22とを有している。歯部 21には卷線が卷回される力その態様は後述する。

[0113] 回転子 1は透磁性の本体部分 10m, 10η、永久磁石 11a, l ib及び非磁性体 12を有している。

[0114] 回転子 1の本体部分 10m, 10ηは、例えば電磁鋼板を積層して構成される。永久磁石 11a, l ibは例えば本体部分 10m, 10ηに穿たれた永久磁石埋設用穴に埋設される。この場合には回転子 1は埋め込み磁石型となる。但し、本発明は回転子 1の表面に永久磁石が露出する表面磁石型に適用してもよい。

[0115] 図 2は回転子 1の構造の詳細を示す断面図である。本体部分 10m, 10ηの間には非磁性体 12が存在する。し力ゝも非磁性体 12の両端外側には薄肉部 101, 102が設けられており、これらは本体部分 10m, 10ηを連結する。薄肉部 101, 102は本体部分 10m, 10ηと同材料で、例えば一体に形成してもよい。し力しその厚みは小さいので、磁気飽和が生じやすぐ本体部分 10m, 10ηの間で磁束を透過させる機能は殆どない。 [0116] そして、非磁性体 12が本体部分 10m, 10ηの間に介在する一方で、本体部分 10 m, 10ηは固定子 2の歯部 21に近接する。よって本体部分 10m, 10ηの相互間での磁束の透過は、実質的には、非磁性体 12及び薄肉部 101, 102によって阻害されることになる。

[0117] 回転子 1は 2個の磁束発生部 la, lbを有していると把握することができる。磁束発生部 la, lbは回転子 1の周方向に隣接して配置される。

[0118] 磁束発生部 laは、本体部分 10mと、永久磁石 11aと、非磁性体 12及び薄肉部 10 1, 102の永久磁石 11a側の部分とを有している。磁束発生部 lbは、本体部分 10m と、永久磁石 l ibと、非磁性体 12及び薄肉部 101, 102の永久磁石 l ib側の部分とを有している。上述の通り、非磁性体 12及び薄肉部 101, 102は本体部分 10m, 10 nの相互間での磁束の透過を阻害するので、これらは相まって磁気障壁 19として把握できる。

[0119] よって磁束発生部 la、 lbはその境界に磁気障壁 19を共有していると把握することもできるし、磁束発生部 laはその磁束発生部 lb側に磁気障壁 19のうち磁束発生部 la側の部分を有し、磁束発生部 lbはその磁束発生部 la側に磁気障壁 19のうち磁束発生部 lb側の部分を有していると把握することもできる。

[0120] 非磁性体 12は回転子 1の本体部分 10m, 10ηにおいて穿たれた空間であってもよい。し力し回転子 1の剛性を高めるには、非磁性の榭脂を当該空間に充填し、これを非磁性体 12として採用することも望ましい。

[0121] 磁束発生部 laにおいて永久磁石 11aは回転子 1の周方向に関して、磁気障壁 19 と離れて配置される。磁束発生部 lbにお、ても永久磁石 1 lbは回転子 1の周方向に関して磁気障壁 19と離れて配置される。

[0122] 永久磁石 11aは N極性の第 1磁極面 l laNと、 S極性の第 2磁極面 l laSとを含んでいる。第 1磁極面 l laNは固定子 2に対向する。永久磁石 l ibは S極性の第 1磁極面 l lbSと、 N極性の第 2磁極面 l lbNとを含んでいる。第 1磁極面 l laN、 l lbSはいずれも固定子 2に対向する。

[0123] 上述のように、永久磁石 11a, l ibは磁気障壁 19と離れて配置される。従って永久磁石 11a, l ibと磁気障壁 19との間にはそれぞれ本体部分 10m, 10ηが固定子 2〖こ対向して露出している。永久磁石 11aと磁気障壁 19との間の本体部分 10mには、永久磁石 11aの第 2磁極面 l laSから発生した磁束によって、 S極性であって第 1磁極面 l laNの両側から固定子 2と対向する、一対の第 3磁極面 13aSl, 13aS2が発生する。

[0124] また永久磁石 l ibと磁気障壁 19との間の本体部分 10ηには、永久磁石 l ibの第 2 磁極面 l lbN力発生した磁束によって、 N極性であって第 1磁極面 l lbSの両側から固定子 2と対向する、一対の第 3磁極面 13bNl, 13bN2が発生する。ここでは第 3 磁極面 13aSl, 13bNl力 S薄肉咅 10: 則に、第 3磁極面 13aS2, 13bN2力 S薄肉咅 1 02側に、それぞれ位置する場合が例示されて!ヽる。

[0125] 図 3は、固定子 2と回転子 1とに流れる磁束をシミュレーションした結果を示す図である。但し、固定子 2には卷線を卷回してないか、卷回していても電流を流していない場合を図示している。

[0126] 第 2磁極面 l lbN, l laSの間を流れる磁束は僅か〖こ磁気障壁を越えるものの、殆どは固定子 2へと流れる。その結果、第 2磁極面 l lbN, l laSから発生する磁束は、第 3磁極面 13aSl, 13aS2, 13bNl, 13bN2の形成に有効に禾 lj用されていること力 ^ 判る。

[0127] このように非磁性体 12に僅かに磁束が流れる場合、その変動によって渦電流が生じないように、非磁性体 12として絶縁体や電気抵抗の高い物質を採用することが望ましい。

[0128] 図 4は固定子 2での卷線の卷回の態様を模式的に示す断面図であり、図 5は図 4に示された卷回の態様を示す等価回路図である。図 4中の丸囲みのクロス、丸囲みの点はそれぞれ紙面から奥へ、紙面から手前へ、配線が向いていることを示す。但しこれらの表示や、矢印は卷線の方向を示すものであって、必ずしも電流の向きを示すものではな!/ヽ（他の図も同様)。

[0129] 固定子 2には集中卷にて A相卷線、 B相卷線、 C相卷線が歯部 21に卷回されている。 A相卷線は卷線 Al, A2, A3、 B相卷線は卷線 Bl, B2, B3、 C相卷線は卷線 C 1, C2, C3によってそれぞれ直列接続されて構成されている。但し卷線 Al, A2, A 3同士が相互に並列に接続されて A相卷線を構成し、卷線 Bl, B2, B3同士が相互に並列に接続されて B相卷線を構成し、卷線 CI, C2, C3同士が相互に並列に接続されて C相卷線を構成してもよヽ。

[0130] A相卷線、 B相卷線、 C相卷線は中性点 Zにおいて相互に共通に接続され、スター結線を構成している。そして A相卷線、 B相卷線、 C相卷線には三相インバータ 30により、それぞれ A相電流 IA、 B相 IB、 C相 ICが供給され、 6極の回転磁束が発生する

[0131] 図 6及び図 7は上記回転磁束を発生させるための各相電流 IA, IB, ICを示すダラフである。図 6は 3相正弦波電流を、図 7は 120° 矩形波電流を、それぞれ例示している。但しこれらは模式的に示されており、実際にはインダクタンスによる電流の ON ZOFFの遅れや、 PWM制御による高調波などが重畳される。

[0132] 図 8は図 6や図 7に示された電流が、回転子 1が図 1の基準位置力も電気角 180度回転した位置において供給された場合の磁束をシミュレーションした結果を示す図である。図 3と同様に、第 3磁極面が機能していることが判る。

[0133] 図 9は図 8に示された磁束のうち、回転子 1表面での磁束密度を周方向の角度に対してプロットしたグラフである。但し磁束密度の絶対値は任意単位であり、正 Z負をそれぞれ NZSに対応して示している。また卷線 C3, A1の間を 0度に採っており、角度は反時計回りに採っている。全周にわたり、 S極及び N極が交互に、それぞれ 3回現れており、 N極に対応する磁束密度と S極に対応する磁束密度とがほぼ同程度発生してヽることが半 Uる。

[0134] 第 3磁極面は第 2磁極面で発生する磁束がほぼ 2分割されて得られるので、第 1磁極面に相当する磁束密度と比較すると第 3磁極面に相当する磁束密度は小さくなる。し力従来の永久磁石電動機であっても、集中巻であれば磁束密度は必ずしも対称ではない。また、トルクは 360° 全周分の積分で発生するものであるし、また、それぞれの極に働く磁気吸引力も、全周分の積分はほぼ 0となる。

[0135] 第 3磁極面を用いないで、回転子 1の表面に現れる全ての磁極に第 1磁極面を採用した場合と比較すると、以下の様になる。図 10は回転子 1に 6個の永久磁石 111 一 116を埋め込み、固定子 2へと対向する側（つまり第 1磁極面）のみで 6個の磁極を得た場合に流れる磁束のシミュレーション結果を示している。 [0136] 永久磁石 111一 116はほぼ永久磁石 l laS, l lbNと同じ体積、磁束を発生させる。但し、永久磁石 l laS, l lbNはそれぞれの第 1磁極面が回転子 1の表面の 1/6に対向するのに対し、永久磁石 111一 116のそれぞれの第 1磁極面は回転子 1の表面の 1Z6よりも小さ、領域を覆う。永久磁石 111一 116同士を相互に接触させなヽためである。

[0137] なお、図 10を得るに際して、固定子 2にシミュレーション上で流した電流は、図 3に示されたシミュレーション結果を得た場合と同じである。

[0138] 図 11は図 3に示された本発明に力かる構造のトルク波形 Q1と、図 10に示された従来の構造のトルク波形 QOとを示すグラフである。横軸は回転角度であり、 1Z3回転分のトルク波形を示している。トルク波形 Q1はトルク波形 QOのほぼ 2Z3となっている。本発明に力かる構造で用いて、る永久磁石の量は従来の構造で用いて、る永久磁石の量のほぼ 1Z3であるので、永久磁石の単位体積当たりに発生するトルクは約 2倍となって、る。これはつまり永久磁石の磁束を有効に活用して、ることを示して!/ヽる。

[0139] 第 2の実施の形態.

次に回転子 2のシャフトの望ま U、形態にっ、て説明する。図 1に例示された構造では、シャフト部分が略記されていた力当該断面に現れていない位置においてシャフトが設けられていることも望ましい形態の一つである。例えば、非磁性体 12と一体成形され、回転子 1の片端部または両端部力突出する榭脂製のシャフトを設けることも望ましい。

[0140] 図 12は回転子 1の回転軸方向の端部の一方にシャフト 4を設けた構造を例示する斜視図である。当該端部の両方にシャフト 4を設けてもよい。

[0141] シャフト 4はシャフト本体 41と、端板 42とを有している。端板 42の中央には穴 44力その周囲には貫通孔 43が穿たれている。穴 44にはシャフト本体 41が貫挿されて固定される。回転子 1の回転軸方向端部の本体部分 10m, 10ηには、穴 15が穿たれている。穴 15と穴 43とは相互に対応して配置されており、両者間は図示されないボルトやリベットなどで固定される。

[0142] シャフト 44は回転子 1内部を貫通しないため、磁性体、例えば鉄を使用しても、第 3 磁極面の発生を妨げず、軸受の損失が増大も回避できる。

[0143] なお、端板 42はバランスウェイトを兼ねても良、。但し端板 42は非磁性体であることが望ましい。磁性体を採用すれば、異なる永久磁石の第 2磁極面の間の磁束が端板 42を流れ、第 3磁極面が発生しに《なるからである。

[0144] 図 13は本実施の形態の他の形態を示す断面図であり、非磁性のシャフト 45が回転子 1を回転軸方向に貫通して設けられて、る。そして図 1にお、て示された非磁性体 12は非磁性のシャフト 45によって二つの部分 121, 122に分断されている。シャフト 45には例えばステンレスを採用することができる。力かる形態においても非磁性体 12と同様に、シャフト 45及び部分 121, 122が磁気障壁の一部として機能する。

[0145] シャフト 45及び部分 121, 122は一体として形成されてもよいが、相互に独立して形成されても良い。例えばシャフト 45と、部分 121, 122との間には本体部分 10m, 10ηの薄肉部が存在してもよい。但しこの場合、その薄肉部も磁気障壁の一部として機能する程度に、その厚みを薄くすることが望ましい。

[0146] 図 14は本実施の形態の更に他の形態を示す断面図であり、磁性のシャフト 46が回転子 1を回転軸方向に貫通して設けられて、る。そして図 13にお、て示された非磁性体 12の部分 121, 122の他、シャフト 46を取り囲む非磁性のボス 120も設けられている。

[0147] ボス 120は部分 121, 122と共に磁気障壁の一部として機能するので、シャフト 46 に磁束が流れることが抑制される。

[0148] 第 3の実施の形態.

次に永久磁石と磁気障壁 19との好適な位置関係について説明する。図 15は、永久磁石を埋設する埋設穴 l laO、 l lbOと、磁気障壁 19の端部となる薄肉部 101, 10 2との位置関係を例示する断面図である。埋設穴 l laO、 l lbOにはそのほぼ両端まで永久磁石 l la、 l ib (図 15では図示省略：図 1、図 2を参照）がそれぞれ埋設される。但し、必ずしも厳密に埋設穴 l laO、 l lbOの両端まで永久磁石 l la、 l ibが埋設されている必要はない。

[0149] 埋設穴 l laO, l lbOの両端は、回転子 2の外周近傍において磁束発生部 la, lb をほぼ等分する位置に配置されている。即ち、埋設穴 l laOの一方端は薄肉部 101 に対して周方向に角度 Θ 111aだけ離れており、埋設穴 l laOの一方端と他方端とは周方向に角度 Θ 11aだけ離れており、埋設穴 l laOの他方端は薄肉部 102に対して周方向に角度 Q 112aだけ離れている。そしてこれらの角度 0 111a, Θ 11a, θ 112 aは相互にほぼ等しい。

[0150] 同様にして埋設穴 l lbOの一方端は薄肉部 101に対して周方向に角度 0 111bだけ離れており、埋設穴 l lbOの一方端と他方端とは周方向に角度 Θ l ibだけ離れており、埋設穴 l lbOの他方端は薄肉部 102に対して周方向に角度 0 112bだけ離れている。そしてこれらの角度 0 111b, Θ l ib, Θ 112bは相互にほぼ等しい。

[0151] 薄肉部 101, 102は回転子 2の外周を二等分する位置に配置されているので、埋設穴 l laO, l lbOの両端、磁気障壁 19の端部が回転子 2の外周をほぼ等分する位置に配置されていることになる。

[0152] このようにして回転子 2の磁極をほぼ等しい角度に等配することができる。これにより、磁束密度が軸方向に対称となるため、回転子の擂り粉木運動の発生を抑制できる

[0153] 第 4の実施の形態.

次に好適な寸法関係について説明する。図 16は回転子 1、固定子 2についての好適な寸法関係を例示する断面図であり、両者の間の空隙近傍を拡大している。

[0154] 非磁性体 12は、隣接する磁束発生部 la, lbの間に介在する薄肉部 101に接する一端を有している。薄肉部 101は、固定子 2に最も近い位置で周方向に幅 Tgを有して、る。埋設穴 1 laOの端の固定子 2に最も近、位置では周方向に幅 Tmを有してヽる。

[0155] 幅 Tg, Tmをほぼ等しく設定することは、第 1磁極面力もの磁束と第 3磁極面からの磁束とのアンバランスを低減する観点から望ま、。

[0156] 薄肉部 101は厚さ Bgを有している。そして埋設穴 l laOの端と回転子 1の外周面との間には厚さ Bmの薄肉部となっている。

[0157] 厚さ Bg, Bmをほぼ等しく設定することも、第 1磁極面力の磁束と第 3磁極面からの磁束とのアンバランスを低減する観点力も望まし、。また応力が均一に分布することになり、極端に応力が集中する部分がないため、強度面でも有利である。 [0158] 非磁性体 12はその端部近傍を除いて厚さ Cgを有しており、埋設穴 l laOはその端部近傍を除、て厚さ Cmを有して、る。そして厚さ Cgを厚さ Cmよりも大きく設定することも、第 3磁極面からの磁束量を確保して第 1磁極面からの磁束と第 3磁極面からの磁束とのアンバランスを低減する観点から望ま、。

[0159] これは以下の理由による。即ち、埋設穴 l laOを横切って永久磁石 11a (図示せず）力漏れる磁束は動作点での磁束密度を下げる量が少な、一方、永久磁石が埋設されて!/ヽな!、非磁性体 12での磁束の漏れは、第 3磁極面に現れる磁束密度の減少に大きく寄与する。例えば厚さ Cmの 2倍程度に厚さ Cgを設定することは、非磁性体 12での磁束の漏れを一層低減する上で望ま、。

[0160] 第 1磁極面となる回転子 2の部分、即ち回転子 2の外周面の内、埋設穴 l laOに対して回転軸と反対側の部分と、固定子 2との間には厚さ Agmの空隙が設けられる。そして第 3磁極面となる回転子 2の部分、即ち回転子 2の外周面の内、埋設穴 l laOに対して回転軸側の部分と、固定子 2との間には厚さ Agiの空隙が設けられる。

[0161] 第 3磁極面における磁束密度は、第 1磁極面における磁束密度よりも小さい。よって厚さ Agmを厚さ AgUりも大きくすることで磁気抵抗をアンバランスにし、以て第 1磁極面からの磁束と第 3磁極面力もの磁束とのアンバランスを低減することができる。例えば厚さ Agmを厚さ Agiの 2倍程度に設定する。

[0162] 上記の説明において、幅 Tg, Tm、厚さ Bg, Bm、厚さ Cg, Cm、厚さ Agm, Agiの関係は、それぞれ独立して設定することができる。即ちこれら 4つの関係の一つでも上述の関係を得ることにより、第 1磁極面力の磁束と第 3磁極面からの磁束とのアンノランスを低減することができる。

[0163] 例えば、図 16では幅 Tgよりも厚さ Cgの方が大きい場合が例示されている力この大小関係は反対となってもよい。

[0164] あるいは空隙の厚さ Agiの 2倍程度以上に厚さ Cgを設定することも、非磁性体 12での磁束の漏れを低減し、第 3磁極面における磁束密度の低下を防ぐ点で望ま、。

[0165] 図 16では非磁性体 12の薄肉部 101側の端部のみを示し、埋設穴 l laOの一方の端部近傍のみを図示し、これを例にとって説明した。し力しながら、薄肉部 102近傍や埋設穴 1 laOの他方の端部、埋設穴 1 lbOにつヽても上記の寸法関係を採用することが望ましい。

[0166] 第 5の実施の形態.

相互に共通する回転軸を有する回転子を複数設けて連結してもよい。図 17は固定子 2を一部破断してモータを示す斜視図である。回転子 1A, 1Bの回転軸は共通であり、回転子 1A, 1Bは軸方向に並んで相互に固着して連結されて回転子 1を構成する。換言すれば回転子 1は回転子 1A, 1Bに分割されている。ここでは回転子 1A, 1Bにシャフトが貫通して!/ヽな!、場合が例示されて!、る。

[0167] 図 18 (a) , (b)はそれぞれ回転子 1Aと固定子 2との位置関係、回転子 1Bと固定子 2との位置関係を示す断面図である。回転子 1A, 1Bの両者を併せた全体としての回転子 1と固定子 2との位置関係は、図 18 (a) , (b)において共通である。

[0168] 回転子 1A, 1Bは同じ構造を呈している。第 1磁極面 l lAaN, l lBaNは図 2の第 1 磁極面 l laNに相当し、第 1磁極面 l lAbS, l lBbSは図 2の第 1磁極面 l lbSに相当する。また非磁性体 12A, 12Bは図 2の非磁性体 12に相当する。

[0169] 固定子 2の構造は回転軸 Mについて周方向にずれてはいないが、回転子 1A, 1B の配置は相互に周方向に角度 δでずれている。具体的には回転子 1Aに属する第 1 磁極面 l lAaN, l lAbSの位置と、回転子 1Bに属する第 1磁極面 l lBaN, HBbS の位置とは、周方向に角度 δでずれている。同様に非磁性体 12A, 12Bの位置も周方向に角度 δでずれている。

[0170] 図 18 (a) (b)においては固定子 2におけるある基準位置と、非磁性体 12Bの中心線をそれぞれ一点鎖線及び二点鎖線で示して、る。回転子 1Aでは非磁性体 12A の中心と上述の基準位置とがー致する力回転子 1Bでは非磁性体 12Bの中心と上述の基準位置とが角度 δでずれている。上述のように回転子 1は回転子 1Aと回転子 1Bが相互に固着されて連結されるので、同じ固定子 2の位置に対して、回転子 1Aと回転子 1Bが与える磁束の流れは異なる。

[0171] 従来から、回転子を回転軸方向に沿って複数に分割し、かつ相互に周方向に異なる配置をすることにより、トルクの脈動を低減することが、例えば特許文献 3において提示されて!ヽる。本発明でもカゝかる効果があることがシミュレーションによって確認さ [0172] 図 19は図 3に示された本発明に力かる構造のトルク波形 Qlと、図 17乃至図 19に示された従来の構造のトルク波形 Q2とを示すグラフである。横軸は回転角度であり、 1Z3回転分のトルク波形を示している。なお、図 17に示される回転子 1の軸方向の長さは図 3に示された回転子 1のそれと揃えて計算した。また用いた永久磁石の特性も同一である。角度 δの大きさとしてトルク波形 Q 1の脈動周期の半分、即ち 5度を採用した。トルク波形 Q2はトルク波形 Q1と比較して脈動が約 1Z4に低減されていることが判る。

[0173] 回転子 1の分割数を増すほど、トルクの脈動は低減される。脈動周期を ex度、回転子の分割数を Nrとすると、隣接する回転子同士のずれは角度にして a ZNrに選定される。

[0174] 図 20は回転子 1を回転子 1C, ID, 1Eに三分割した場合の構成を例示している。

回転子 1C, ID, 1Eも回転軸が共通であり、同じ構造を有している。図示の便宜上、回転子 1C, ID, 1Eは離れて記載されているが、実際には一点鎖線に沿って固着されて連結される。但し、図示の簡便のために省略されている力隣接する回転子間には後述する回転子間磁気障壁が挟まれる。

[0175] また図示の便宜上、固定子 2も三分割して示しているが、実際にはこれらも一点鎖線に沿って一体に連結されている。固定子 2は回転子 1C, ID, 1Eとは異なり、周方向にずれてはいない。

[0176] 図 20に示された構造では、トルクの脈動の低減という観点よりも固定子 2と回転子 1 との間の磁気吸引力を均等にするという観点から、回転子 1C, ID, 1Eは相互に 12 0度ずつずれている。これにより、回転子 1C, ID, 1Eの第 1磁極面は周方向に相互に異なる位置で配置されることになる。また回転子 1C, ID, 1Eの磁極面が回転軸の方向に極性を同じくして並ぶことになる。具体的には N極性の第 1磁極面が一つと N 極性の第 3磁極面の二つが回転軸に沿った方向に並び、 S極性の第 1磁極面が一つと S極性の第 3磁極面の二つが回転軸に沿つた方向に並ぶ。

[0177] 上述のように第 3磁極面における磁束密度は第 1磁極面における磁束密度よりも低いので、このように磁極を配置すれば、どの磁極についてもほぼ同じ磁束密度を得ることができる。よって磁気吸引力を均等にし易い。そして磁束密度が軸方向に対称となるため、回転子の擂り粉木運動の発生を抑制できる観点からも望ましい。

[0178] 3分割を超えて分割した場合であっても、同一回転角度の回転子を総合した厚み同士で比較すればよい。例えば、永久磁石や本体部分の特性が等しい場合、回転子 1C、回転子 1D、回転子 IEの他、回転子 1Dと同様に回転子 1Cとは周方向にずれた回転子が設けられていた場合には、当該回転子の軸方向の厚みと回転子 1Dの軸方向の厚みの和が、回転子 1C、回転子 IEの厚みと等しく設定される。

[0179] 但し、回転子 1C, ID, 1Eを相互に 120度ずつずらして配置すれば、ある回転子の第 2磁極面を流れる磁束が、当該回転子と隣接する回転子の本体部分を経由してしまう。例えば回転子 1Cの N極の第 2磁極面を流れる磁束は、回転子 1C, ID, 1E, ID, 1Cの本体部分を経由し、回転子 1Cの S極の第 2磁極面へ流れる。これでは自身の本体部分に第 3磁極面を発生させにくくなり、固定子 2への磁束の鎖交量が減つてしまう。

[0180] そこで、隣接する回転子の間では、磁束発生部同士の磁束の透過を阻害するために、磁気障壁を挟む必要がある。このような磁気障壁をここでは回転子間磁気障壁と称す。図 21は回転子磁気障壁 5の回転軸方向に垂直な平面図である。図 21では回転子 1C, ID, 1Eに共通する断面構造を、図 2に示された構造で代表させて破線を用いて併記している。

[0181] 回転子磁気障壁 5は永久磁石の第 2磁石よりもやや回転軸寄りの外形を有している。但し、当該外形の外側において、回転子 1C, ID, 1Eの外周面を外郭とする磁性板を設けてもよい。換言すれば、回転子 1C, ID, 1Eと同型であって、回転子磁気障壁 5を囲む磁性体が隣接する回転子間に挟まれてもよい。例えば回転子磁気障壁 5 として空気や、モータ内を透過する冷媒、オイル等を採用する場合、当該磁性体のみを隣接する回転子間に挟めばよい。図 22は力かる磁性体 6の構造を示す斜視図を示す。

[0182] なお、図 17乃至図 19において示された構造では、通常はずれの角度 δは小さく、非磁性体 12A, 12Bはほぼ相互に重なり合うため、回転子 1A, 1Bの間には回転子間磁気障壁を特に設ける必要はない。しかし非磁性体 12A, 12Bが薄く、回転子 1A , 1Bの本体部同士が接触するような場合には、回転子 1A, 1Bの間にも回転子間磁気障壁 5 (あるいは磁性体 6)を設けることが望ま、。

[0183] 第 6の実施の形態.

本実施の形態ではリラクタンストルクの利用について説明する。図 2を参照して、回転子 1は非磁性体 12を挟んで二つの透磁性の本体部分 10m, 10ηが並んでいる。そして永久磁石 11a, l ibを結ぶ方向は、磁気障壁 19を横切る。他方、第 3磁極面 1 3aSl, 13aS2の f¾や、第 3磁極面 13bNl, 13bN2の f¾に ίま磁気障壁力 ^な!ヽ。よつて永久磁石 11a, l ibを結ぶ方向は、非磁性体 12の延在する方向と比較して、インダクタンスが小さくなる。よって回転子 1は非磁性体 12の延在する方向を d軸とする 2 極のリラクタンスモータの回転子としても把握できる。

[0184] なお、マグネットトルクを考えた永久磁石電動機としては永久磁石 11a, l ibを結ぶ方向が d軸となる。また 6極のリラクタンストルクの利用については後述する。

[0185] さて、 2極のリラクタンストルクを回転子 1に発生させるため、図 4に示された A相卷線、 B相卷線、 C相卷線の他に固定子 2へと別途に卷線を追加して設ける。つまり A 相卷線、 B相卷線、 C相卷線をマグネットトルクを発生させる 6極の第 1卷線として把握すれば、リラクタンストルクを発生させる 2極の第 2卷線を追加して卷回することになる。

[0186] 図 23は D相卷線、 E相卷線、 F相卷線を追加した構造を例示する断面図である。図 4で説明したのと同様、図中の丸囲みのクロス、丸囲みの点はそれぞれ紙面から奥へ、紙面から手前へ、配線が向いていることを示す。但しこれらの表示や、矢印は卷線の方向を示すものであって、必ずしも電流の向きを示すものではない。

[0187] ここでは D相卷線として連結点 DOに相互に並列接続された卷線 Dl, D2を、 E相卷線として連結点 EOに相互に並列接続された卷線 El, E2を、 F相卷線として連結点 FOに相互に並列接続された卷線 Fl, F2を、それぞれ卷回した場合が示されている。図中、連結点 DO, EO, FOは回転子 1の内部へと引き出されている力これは図示の煩雑を避けるためであり、実際には外部へと引き出される。

[0188] 図 24は D相卷線、 E相卷線、 F相卷線の等価回路を示す回路図である。三相インバータ 31からは D相電流 ID、 E相電流 IE、 F相電流 IFがそれぞれ D相卷線、 E相卷線、 F相卷線に供給される。 [0189] D相卷線、 E相卷線、 F相卷線の卷線の態様は種々可能であるが、ここでは分布卷を採用した場合を例示している。分布卷を採用すれば、集中巻で生じる可能性のある、同一スロット中に収納される卷線に流れる電流で生成される磁束同士が相殺する、という問題点が少ない。

[0190] 図 25は卷線 A2, C1が卷回されたスロット（歯部 21同士の間の卷線用溝）に卷線 F 2を設ける方法を示す断面図である。卷線 F2はあら力じめ別途に卷回され、あらかじめ歯部 21に卷回されていた卷線 A2, C1の間に押し込むという、インサータ卷を採用することができる。卷線 F2は、卷線 A2, C1を介して歯部 21に設けられると把握することちでさる。

[0191] 具体的には、スロット内部に卷線ノズル（図示せず)を遥動させ、ある一定の張力を与えながら強固に第 1卷線を卷回する。この際、歯部 21に対し、絶縁フィルム、インシユレータ成形物等の絶縁物（図示せず)を介して第 1卷線（図 25では卷線 A2, C1) を卷回する。卷線ノズルをスロットで遥動させながら卷回するため、ノズルの遥動スぺースとその周囲には第 1卷線を卷回できず、デッドスペースができる。

[0192] 一方、あら力じめ第 2卷線（図 25では卷線 F2)を所定の卷枠に卷回しておく。そして第 2卷線を、歯部 21同士の間から上述のデッドスペースに挿入する。これにより、卷線用溝はほぼ全てにわたって卷線が収納され、卷線占積率を向上させることができる。

[0193] 図 26は 2極の磁束を発生させる一例を示す断面図である。回転子 1のリラクタンスモータとしての d軸 dr力卷線 B2が卷回されている歯部 21と、卷線 Al, C3が納められて、るスロットとを結ぶ方向に平行である。この状態にぉ、て第 2卷線 (D相卷線、 E相卷線、 F相卷線）に対し、 ID=-IF, IE = 0として各相電流を流す。これにより回転子 1にはその d軸 dr力角度 |8だけ傾いた磁界が与えられる。このように第 2卷線

2

に電流を流して 2極の磁束を発生させる場合、回転子 1に働くリラクタンストルクの最大値は、角度が 45度のときに最大となる。換言すれば、回転子 1の位置に応じて

2

角度 j8 力 5度を保つように各相電流 ID, IE, IFを流せばリラクタンストルクを最大に

2

することができる。

[0194] このように 2極の磁束を与える第 2卷線によってリラクタンストルクを、図 4乃至図 7を用いて既述のように 6極の磁束を与える第 1卷線によってマグネットトルクを、それぞれ発生させることにより、回転子 1を回転させることができる。そして第 1卷線、第 2卷線にはそれぞれ独立して各相電流を流すことができるので、これらを使い分けて永久電動機の駆動を制御することができる。

[0195] 高速運転においては鉄損が大きくなる傾向にある。そして 6極の磁束で駆動する場合には各相電流の基本周波数が 2極の磁束で駆動する場合の各相電流の基本周波数と比較して三倍となるので、鉄損は大きくなる。よって所定の回転速度よりも大きな値で回転する場合には、 2極の磁束のみあるいは 2極の磁束による駆動を主とし、 6極の磁束による駆動を従として駆動することが望ましい。し力も、 2極の磁束のみで駆動した場合には、永久磁石により発生する誘起電圧の影響が無いため、電圧が飽和点が高ぐ高速まで回転できる。

[0196] 一方、上記所定の回転速度よりも小さな値で回転する場合には、 6極の磁束によつて駆動することが望ましい。 2極の磁束によって駆動する場合と比較して、回転子 1の回転が滑ら力となるからである。

[0197] 但し、所定の回転速度よりも小さな値で回転する場合であっても、起動時には 2極の磁束、 6極の磁束の両方を用いて駆動することが望ましい場合もある。大きなトルクを必要とする場合があるからである。

[0198] また、定常運転や高負荷運転に際しては、 6n極の磁束と、 2n極の磁束の両方を用いて駆動することが望ましい。これにより各相電流を低減できる。ここで、「定常運転」とは、運転時間の長い運転領域、例えば、駆動される機器が安定した状態で発揮する運転状態をいい、「高負荷運転」とは、機器の有する最高負荷を含む運転領域をい

[0199] 定常運転は、電気代に大きく影響するため、できるだけ少ない電流で運転し、銅損を低減するのが望ましい。一方、定常運転では、駆動される機器が安定した状態、例えばエアコンでは、室内が一定温度に達し、その温度を維持するための運転する状態で採用される。従って低速回転であり、銅損の割合が大である。

[0200] また、高負荷運転時にも、銅損が主体であるため、銅損が低減できる電流低減は効果的である。 [0201] なお、集中巻で得られる卷線のみで 2極の磁束と 6極の磁束とを発生させることもできる。図 27は 9個の歯部 21に、それぞれ A相一 I相の 9相の卷線を集中卷にて卷回した固定子 2を示す断面図である。各相卷線の一端は電流入力端子として引き出され、他端は、中性点 Zに共通に接続される。

[0202] 図 28は A相一 I相卷線に 6極の磁束を発生させるための電流 I , 1 , 1 を、 2極の

6A 6B 6C 磁束を発生させるための電流 I , I , I , I , I , I , I , I , Iを、それぞれ流す

2A 2B 2C 2D 2E 2F 2G 2H 21

構成を示すブロック図である。ここでは各電流として正弦波を採用しているが、矩形波でもよい。電流 I , ι , ι は三相インバータ 30によって、電流 I , 1 , 1 , 1 , 1 ,

6A 6B 6C 2A 2B 2C 2D 2E

I , I , I , Iは 9相インバータ 32によって、それぞれ出力され、これらを合成して得

2F 2G 2H 21

られる各相電流 IA— IIがそれぞれ A相一 I相卷線に与えられる。かかる態様の電流は例えば特許文献 4一 6に例示されて、る。

[0203] 図 27を図 4と比較すれば理解されるように、 A相卷線、 D相卷線及び G相卷線はそれぞれ卷線 Al, A2, A3に相当し、 B相卷線、 E相卷線及び H相卷線はそれぞれ卷線 Bl, B2, B3に相当し、 C相卷線、 F相卷線及び I相卷線はそれぞれ卷線 CI, C2 , C3に相当する。従って、 A相卷線、 D相卷線及び G相卷線に等しく電流 I を、 B相

6A 卷線、 E相卷線及び H相卷線に等しく電流 I を、 C相卷線、 F相卷線及び I相卷線に

6B

等しく電流 I を流し、電流 I , 1 , 1 として 3相正弦波電流を採用することにより、図

6C 6A 6B 6C

4乃至図 7を用いて示された 6極の磁束を発生させることができる。

[0204] 一方、いずれの卷線にも、回転軸を介して対向する卷線が存在するので、電流 I ,

2A

I , I , I , I , I , I , I , Iを適切に設定することにより、 2極の磁束を発生させる

2B 2C 2D 2E 2F 2G 2H 21

ことができる。

[0205] つまり A相一 I相の 9相の卷線は、 6極の磁束を発生させる電流と、 2極の磁束を発生させる電流との共通の経路となる。よって、ずれの電流を用いて駆動する場合においてもこれらの卷線の全てを利用することができるので、卷線の利用効率が上がる

[0206] 上述のように 2極の磁束について角度 |8だけ位相を進める。また回転子 1は図 2か

2

ら明白なように、第 1磁極面 l laN, l lbSにおいて逆突極性を有するため、リラクタンストルクを用いることができる。よって 6極の磁束を発生するための電流においても、 6 極のリラクタンストルクを得るために位相を βだけ進める。

6

[0207] 回転子 1の回転角 Θを、 Α相卷線と I相卷線の間の位置に薄肉部 102が位置する場合を基準 (0度）に採り、具体的には以下のように各電流が設定される。

[0208] [数 1]

I A⁼ i 6A+ I » I B: I 6B+ i 2B , I ^ ⁼ I 6C+ I 2C

I D = I 6A+ I 2D , I E™ I 6Θ+ I , IF=I eC+ I 2F

I G= J 6A+ I 2G , I H= I 6B"h I 2H , 1ェ=16C+ I 2 ί，

I 6A~ I₆* s i i n {

S0}

I Ι₆· s i ί n { (3 +130— e) 80}

I ec— la- s i i n { (3^+1 Q—βら、 %/ 80}

I 2A⁼ I " s i i n { ( θ + 60— %/Λ 80}

I？ B— s i i n { 20— 2 ) %/ 80}

I 2C⁼ I 2 * s i i n { ( θ + 80~/3₂) /Λ 80}

I s i i n { ( ^ + 40—^₂) %/Λ 80} i 2E~ la* s i i n { ( θ—β %/λ 80}

I 2H ⁼ Is* s i i n { (θ-- 20-βζ) %/Λ 80}

I Ι2· s i ί n { ( θ~λ QO-βζ) %/Λ 80}

[0209] 回転角 θは回転速度 (rps)に時間 t (秒）と 360度とを乗じて得られる。 16, 12はそれぞれ 6極及び 2極の磁束発生用電流の振幅を示す。

[0210] リラクタンストルクは電流位相 45° で最大となるため、リラクタンストルクを最大化するための電流位相は、 0度を超え 45度未満である。但し弱め界磁によって高速回転を行う場合には 45度を超えることもある。ここでは弱め界磁を採用する負荷領域は除いて考える。

[0211] 回転子構造や負荷の大きさにもよるが、経験上の目安として、電流位相を 15— 35 度程度進めると、リラクタンストルクを最大とできる場合が多い。よって角度 j8 として例えば 20度を採用できる。また上述のように角度 j8 として 45度を採用できる。

2

[0212] なお、かかる角度 j8 ( >0)を採用して 6極のリラクタンストルクを得ることは、 2極の

6

磁束発生とは独立して設定できる事項である。

[0213] 上述のように角度 j8 、 β を採用した場合、各電流の波形は図 29乃至図 37にダラ

2 6

フとして示される。図 29は Α相卷線に流れる電流を示すグラフであり、 (a) , (b) , (c) はそれぞれ電流 I , I , IAを示す。図 30は B相卷線に流れる電流を示すグラフであ

6A 2A

り、（a) , (b) , (c)はそれぞれ電流 I , I , IBを示す。図 31は C相卷線に流れる電流

6B 2B

を示すグラフであり、 (a) , (b) , (c)はそれぞれ電流 I , I , ICを示す。図 32は D相

6C 2C

卷線に流れる電流を示すグラフであり、 (a) , (b) , (c)はそれぞれ電流 I , 1 , IDを

6A 2D 示す。図 33は E相卷線に流れる電流を示すグラフであり、 (a) , (b) , (c)はそれぞれ電流 I , I , IEを示す。図 34は F相卷線に流れる電流を示すグラフであり、 (a) , (b)

6B 2E

, (c)はそれぞれ電流 I , 1 , IFを示す。図 35は G相卷線に流れる電流を示すダラ

6C 2F

フであり、 (a) , (b) , (c)はそれぞれ電流 I , I , IGを示す。図 36は H相卷線に流れ

6A 2G

る電流を示すグラフであり、 (a) , (b) , (c)はそれぞれ電流 I , I , IHを示す。図 37

6B 2H

は I相卷線に流れる電流を示すグラフであり、 (a) , (b) , (c)はそれぞれ電流 I , I , I

6C 21

Iを示す。

[0214] このように 6極の磁束を発生させる三相電流、 2極の磁束を発生させる九相電流を採用する場合でも、両者を必ず流さなければならないことはない。上述のように第 1卷線と第 2卷線とを用いた場合と同様に、運転の態様によって 6極の磁束や 2極の磁束を使、分けることが可能である。

[0215] なお、磁束発生領域 la, lbが隣接していれば、必ずしも 2極のリラクタンストルクを使用できるとは限らない。第 3磁極面 13aSl, 13aS2の間や、第 3磁極面 13bNl, 1 3bN2の間に磁気障壁が存在すれば、永久磁石 11a, l ibを結ぶ方向のインダクタンスとの相違が大きくできないからである。

[0216] 図 38は、 4つの第 3磁極面 13aSl, 13aS2, 13bNl, 13bN2を相互に分断する非磁性体 123が設けられた回転子 1を示す断面図である。ここで示される磁束の流れは、第 3磁極面 13aSl, 13aS2の間や、第 3磁極面 13bNl, 13bN2の間に磁気障壁が存在しなカゝつた場合（図 8)と同様にして電流を流した場合に対応している。磁束の流れそのものは、図 8と図 38とに大差はないが、上述の理由により、 2極のリラクタンストルクを得るには好適ではな!/、。但し 6極の磁束のみで駆動するのであれば、図 2に示された場合と同様の効果を得ることができる。

[0217] 第 7の実施の形態.

本実施の形態では種々の変形について説明する。図 39は、二種の変形を併有する回転子 1の構成を例示する断面図である。第 1の変形点として、磁束発生部 la, lb の間に複数の非磁性体 124, 125が設けられている点が挙げられる。

[0218] 磁性のシャフト 46は透磁性の本体部分 10tにおいて、回転子 1を回転軸方向に貫通して設けられている。非磁性体 124, 125は回転中心を挟んでおり、シャフト 46及び本体部分 10tを、それぞれ本体部分 10m, 10ηから隔離している。本体部分 10m , 10t, 10ηは非磁性体 124, 125の両端の外側で薄肉部 103, 104によって相互に連結されている力上述の薄肉部 101, 102と同様、薄肉部 103, 104も磁気障壁として機能する。よってシャフト 46が磁性体であるにもかかわらず、これが第 3磁極面の発生を妨げることはない。

[0219] 第 2の変形点として、埋設穴 l laOの両端に幅広部 9aが、埋設穴 l lbOの両端に幅広部 9bが、それぞれ設けられていることが挙げられる。幅広部 9a, 9bは回転子 1の外周面近傍で周方向に沿って延び、ここには永久磁石 11a, l ibは埋設されない。

[0220] 幅広部 9a, 9bにより、同じ磁束発生部での第 1磁極面と第 3磁極面との間で磁束が短絡的に流れることを抑制する。これにより第 1磁極面と第 3磁極面の磁束をそれぞれの中央に集中させることができる。これはトルクを向上させるという観点力も望ましい。

[0221] なお、図 16において幅 Tg, Tmをほぼ同一に設定することが望ましいことと対応して、幅広部 9a, 9bの周方向の幅と、磁気障壁 124, 125の端部の幅の和とは、ほぼ同一に設定することが望ましい。

[0222] 図 40は第 2の変形点の更に変形を例示する固定子 1の断面図である。幅広部 9a, 9bの代わりに、それぞれ非磁性体 9 la, 91bを設けている。非磁性体 91a, 91bはそれぞれ埋設穴 l laO, l lbOの両端近傍に設けられているものの、これらと連通はしていない。し力しながら、非磁性体 9 laは埋設穴 l laOの両端と離隔しつつも近接しているので、本体部分 10mのうち、両者の間に位置する部分での磁気抵抗は大きぐ実質的には幅広部 9aと同様の機能を果たす。非磁性体 91bも同様である。

[0223] 同様に、非磁性体 12の両端近傍には離隔しつつも近接して非磁性体 91cが設けられており、非磁性体 12の両端近傍での磁気障壁として機能する。そして実質的には、回転子 1の表面近傍での磁気障壁の周方向の幅を広げることとなり、図 16において幅 Tg, Tmをほぼ同一に設定することが望ましいことと対応した効果を得ることができる。

[0224] なお、図 40の埋設穴 l laO, l lbOにそれぞれ永久磁石 11a,永久磁石 l ibを図 2 のように埋設し、非磁性体 12の両端に、永久磁石 11aの第 2磁極面 l laS側に S極、永久磁石 1 lbの第 2磁極面 1 lbN側に N極を、それぞれ呈する永久磁石を設けてもよい。この場合、追加して配置された永久磁石も磁気障壁の一部として機能する。これにより磁束の空間高調波を低減できる。

[0225] このように非磁性体 12の端部付近において別途に設けられる永久磁石は、第 1磁極面及び第 2磁極面を有する永久磁石（上述の例では永久磁石 1 la, 1 lb)よりも最大工ネルギ一積の小さ、永久磁石を用いてもよ、。

[0226] 図 41は永久磁石 11a, l ibの構成の変形を例示する、回転子 1の断面図である。

永久磁石 11a, l ibの形状として、図 2においては回転子 1の内周側に凸となる円弧形状が例示されていた力永久磁石 11a, l ibは必ずしも単体の磁石で構成する必要はない。ここでは 3枚の平板形状の永久磁石 l lal, l la2, l la3を用いて、略 U 字形状に永久磁石 1 laを構成して、る。同様にして 3枚の平板形状の永久磁石 1 lb 1, l lb2, l lb3を用いて、略 U字形状に永久磁石 l ibを構成している。特にネオジム鉄ボロン系の焼結磁石の場合、平板磁石を良く用いるが、平板磁石を複数組み合わせて磁束量を増大させることが可能である。

[0227] また、一枚の平板形状に永久磁石 11a, l ibを設定してもよい。

[0228] 図 42は他の変形に力かる回転子 1の構造を例示する断面図である。本体部分 10 m, 10ηは分離しており、更に永久磁石 11aよりも外周側においても本体部分 10jが本体部分 10mとは分離して、る。同様にして永久磁石 1 lbよりも外周側にぉ、て本体部分 10kが本体部分 10ηとは分離して、る。 [0229] しかしながら、穴 15が本体部分 10m, 10ηに穿たれており、これを介して図 12に示されたシャフト 4が装着可能となる。よってシャフト 4を介して本体部分 10m, 10ηは連結される。更に穴 16が本体部分 10m, 10η, 10c, 10dに穿たれており、これに相当する貫通孔 43が端板 42に設けられれば、本体部分 10c, 10dもシャフト 4を介して本体部分 10m, 10ηと連結され得る。

[0230] 第 1乃至第 7実施の形態の説明では、回転子 1における磁束発生部の個数として、 2個の場合が例示された力 2n個（nは 1以上の整数)存在していればよい。これにより回転子 1には 4n個の第 3磁極面が発生し、 6n個の極数を呈することになる。

[0231] 第 8の実施の形態.

図 43は本発明の第 8の実施の形態に力かる永久磁石電動機の構成を、回転軸 M に垂直な方向から見た断面図である。図 44は回転子 1の構成をより詳細に示す断面図である。

[0232] 当該永久磁石電動機も、固定子 2と、固定子 2に対して空隙を介して対向する回転子 1とを備える。そして固定子 2は歯部 21の複数と、歯部 21を回転子 1とは反対側で連結する環状のヨーク 22とを有して、る。

[0233] 歯部 21には集中卷にて A相卷線、 B相卷線、 C相卷線が歯部 21に卷回されている。図 4及び図 5で示された構成と同様に、 A相卷線は卷線 Al, A2, A3、 B相卷線は卷線 Bl, B2, B3、 C相卷線は卷線 CI, C2, C3によってそれぞれ直列接続されて構成され、 A相卷線、 B相卷線、 C相卷線は中性点 Zにおいて相互に共通に接続され、スター結線を構成している。そして A相卷線、 B相卷線、 C相卷線には三相インバータ 30により、それぞれ A相電流 IA、 B相 IB、 C相 ICが供給され、 6極の回転磁束が発生する。

[0234] 第 1の実施の形態で説明したのと同様に、卷線 Al, A2, A3同士が相互に並列に接続されて A相卷線を構成し、卷線 Bl, B2, B3同士が相互に並列に接続されて B 相卷線を構成し、卷線 CI, C2, C3同士が相互に並列に接続されて C相卷線を構成してもよい。さらに、スター結線ではなくデルタ結線を採用してもよい。

[0235] 回転子 1は透磁性の本体 10、永久磁石体 14及び非磁性体 121a, 121b, 122a, 122bを有している。回転子 1の本体 10は、略円筒形の側面 100を有しており、例えば電磁鋼板を積層して構成される。

[0236] 永久磁石体 14は、回転軸 Mを挟んで側面 100において相互にほぼ正対する位置 10P, 10Rの間に延在する。永久磁石体 14は、例えば本体 10に穿たれ、永久磁石を埋設する埋設用穴 13に埋設される。この場合には回転子 1は埋め込み磁石型となる。

[0237] 本体 10は埋設用穴 13及び非磁性体 121a, 121b, 122a, 122b〖こよって本体部分 10a, 10b, 10c, 10d, lOe, lOfへとほぼ区分されている。より具体的には、本体部分 10aは埋設用穴 13及び非磁性体 121aによって他の本体部分から区分され、本体部分 10bは埋設用穴 13及び非磁性体 121a, 122aによって他の本体部分から区分され、本体部分 10cは埋設用穴 13及び非磁性体 122aによって他の本体部分から区分され、本体部分 10dは埋設用穴 13及び非磁性体 122bによって他の本体部分から区分され、本体部分 10eは埋設用穴 13及び非磁性体 122b, 121bによって他の本体部分から区分され、本体部分 10fは埋設用穴 13及び非磁性体 121bによって他の本体部分から区分される。

[0238] 但し図 44に示された構成では、本体部分 10a— 10fのうち、隣接するもの同士は本体 10の薄肉部を介して連結されている。より具体的には、本体部分 10a, 10bは非磁性体 121aよりも側面 100側の薄肉部と、非磁性体 121aと埋設用穴 13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分 10b, 10cは非磁性体 122aよりも側面 100 側の薄肉部と、非磁性体 122aと埋設用穴 13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分 10c, 10dは位置 10Pでの埋設用穴 13よりも側面 100側の薄肉部によって連結されている。本体部分 10d, 10eは非磁性体 122bよりも側面 100側の薄肉部と、非磁性体 122bと埋設用穴 13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分 10e, 10fは非磁性体 121bよりも側面 100側の薄肉部と、非磁性体 121bと埋設用穴 13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分 10f, 10aは位置 1 0Rでの埋設用穴 13よりも側面 100側の薄肉部によって連結されている。

[0239] 永久磁石体 14には、位置 10P, 10Rの間で着磁方向が切り替わる転換位置 14X, 14Yが存在する。具体的には位置 10R、転換位置 14X, 14Y,位置 10Pがこの順に並ぶ。例えば転換位置 14X, 14Yは、位置 10P, 10Rの間を三等分する。 [0240] 永久磁石体 14の着磁方向は永久磁石体 14の延在方向及び回転軸 Mの双方に対してほぼ直交する。図 44に示された構造では永久磁石体 14は回転軸 M近傍を通過し、回転子 1のほぼ直径方向にて延在する。そして位置 10Rと転換位置 14Xの間において、本体部分 10a, 1 Of側にはそれぞれ N極の磁極面 14aN及び S極の磁極面 14aSが現れる。転換位置 14X, 14Yの間において、本体部分 10b, 10e側にはそれぞれ S極の磁極面 14bS及び N極の磁極面 14bNが現れる。転換位置 14Yと位置 10Pの間において、本体部分 10c, 10d側にはそれぞれ N極の磁極面 14cN及び S 極の磁極 l lcSが現れる。転換位置 14X, 14Yは実質的には着磁されてはいないか、他の部分よりも弱く着磁されている。あるいは回転軸 Mに沿って着磁されていてもよい。

[0241] このような着磁を得るため、永久磁石体 14はその厚み方向に異方性を有すると好適である。永久磁石体 14単体で複数極を並行して着磁する場合はもとより、永久磁石体 14を回転子 1内部に埋設したのちに着磁する場合であっても、着磁率が良好で、また、最大エネルギー積も向上できる。

[0242] あるいは見方を変えれば、永久磁石体 14は 3個の永久磁石 14a, 14b, 14cを一体として備え、転換位置 14Xにおいて永久磁石 14a, 14b力転換位置 14Yにおいて永久磁石 14b, 14cが、それぞれ隣接すると把握することもできる。この場合、転換位置 14X, 14Yは隣接する永久磁石の隣接位置として把握することができる。

[0243] 非磁性体 121a, 121bは転換位置 14X近傍カゝら側面 100近傍へと延び、非磁性体 122a, 122bは転換位置 14Y近傍カゝら側面 100近傍へと延びる。非磁性体 121a , 121b, 122a, 122bと、側面 100及び埋設用穴 13との間の薄肉部の厚みは小さいので、磁気飽和が生じやすい。よって本体部 10a— 10fを機械的に連結するものの、永久磁石 14a, 14b, 14cの磁束のごく一部によりひとたび磁気飽和してしまえば、これらの薄肉部において磁束を透過させる機能は殆どない。換言すれば転換位置 14 X, 14Yのそれぞれの両側力も側面 100へと磁気障壁が延びていることになる。

[0244] 但し永久磁石体 14は埋設用穴 13に埋設され、永久磁石体 14の透磁率も通常は低いので、これも磁気障壁として機能することになる。

[0245] 非磁性体 121a, 121b, 122a, 122bの永久磁石体 14側の端部は本体 10の薄肉部を残すことなぐ永久磁石体 14に接触してもよい。例えば非磁性体 121a, 121b, 122a, 122bを本体 10に穿たれた空隙とする場合には、非磁性体 121a, 121b, 12 2a, 122bを埋設用穴 13と一体に形成することができる。但し、回転子 1の機械的強度の観点からは、非磁性体 121a, 121b, 122a, 122bに榭脂等の充填物で充填することが望ましい。

[0246] 転換位置 14X, 14Yを隔てた磁束はこれらの磁気障壁によって透過が阻まれるので、本体部分 10a— 10fは磁気的に相互に遮蔽される。よって例えば磁極面 14aN 力も発生した磁束は本体部分 10aを経由して側面 100へと流れ、本体部分 10aの側面 100に N極の磁極面を形成する。同様にして磁極面 14bSから発生した磁束は本体部分 10bの側面 100に S極の磁極面を形成し、磁極面 14cNから発生した磁束は本体部分 10cの側面 100に N極の磁極面を形成し、磁極面 14cS力発生した磁束は本体部分 10dの側面 100に S極の磁極面を形成し、磁極面 14bNから発生した磁束は本体部分 10eの側面 100に N極の磁極面を形成し、磁極面 14aS力も発生した磁束は本体部分 10fの側面 100に S極の磁極面を形成する。

[0247] このように、着磁方向が異なる永久磁石体 14を設けることにより、 N極、 S極からそれぞれ発生する磁束が本体 10を介して側面 100へと導かれる。よって延在する永久磁石体 14の個数の六倍 (より正確には転換位置 14X, 14Yの個数 2に 1を加えた値の 2倍）の個数の磁極面が側面 100に発生する。永久磁石体 14は側面においてほぼ相互に正対する位置 10P, 10Rの間に延在し、転換位置 14X, 14Yは位置の間を三等分するので、これらの磁極面における磁束密度はほぼ等しく揃えることができる。

[0248] 望ましくは後述するように、本体部分 10a— 10fが側面 100において露呈する面積を等しくすることが望ましい。これにより側面 100に現れる磁極面同士が均一となる。

[0249] 上述のように構成された回転子 1に対して、固定子 2において三相電流 IA, IB, IC を流す。これらは既に第 1の実施の形態において図 6及び図 7を用、て説明した。

[0250] 図 45は図 43に示された構成において流れる磁束のシミュレーション結果を示している。図 10、図 45のいずれのシミュレーションにおいても、固定子 2に供給された電流は共通している。具体的には回転子 1が図 43の基準位置力も電気角で 180度回転した位置にお!ヽて供給された場合の磁束が示されて！/ヽる。

[0251] 図 46は、図 10に示された従来の構造のトルク波形 QOと、図 43 (図 45)に示された構造のトルク波形 Q3とを示すグラフである。縦軸にはトルクを任意単位で採用し、横軸は回転角度を採用し、 1Z3回転分のトルク波形を示している。トルク波形 Q3はトルク波形 QOのほぼ 1Z2となって、る。本発明に力かる構造で用いて、る永久磁石の量は従来の構造で用いている永久磁石の量のほぼ 1Z3であるので、永久磁石の単位体積当たりに発生するトルクは約 1. 5倍となっている。これはつまり永久磁石の磁束を有効に活用して、ることを示して、る。

[0252] 第 9の実施の形態.

本実施の形態においては好適な位置関係を説明する。図 47は、永久磁石を埋設する埋設用穴 13と、非磁性体 121a, 121b, 122a, 122bとの位置関係を例示する断面図である。なお、必ずしも厳密に埋設用穴 13の両端まで永久磁石体 14が埋設されている必要はない。

[0253] 埋設用穴 13の両端は、位置 10P, 10R近傍まで延びており、非磁性体 121a, 121 b, 122a, 122bの側面 100側の端部と共に、側面 100をほぼ六等分している。即ち、位置 10Rに対して非磁性体 121aの側面 100側の端部は周方向に角度 Θ aだけ離れており、非磁性体 121aの側面 100側の端部に対して非磁性体 122aの側面 100 側は端部周方向に角度 Θ bだけ離れており、非磁性体 122aの側面 100側の端部に対して位置 10Pは周方向に角度 Θ cだけ離れており、位置 10Pに対して非磁性体 12 2bの側面 100側の端部は周方向に角度 Θ dだけ離れており、非磁性体 122bの側面 100側の端部に対して非磁性体 121bの側面 100側は端部周方向に角度 Θ eだけ離れており、非磁性体 121bの側面 100側の端部に対して位置 10Rは周方向に角度 0 fだけ離れている。そしてこれらの角度 0 a, 0 b, 0 c, θ ά, Θ Θ, 0 fは相互にほぼ等しく 60度である。

[0254] このようにして回転子 1の磁極面をほぼ等しい角度に等配することができる。角度 Θ a, 0 b, 0 c, θ ά, 0 e, 0 fのうち、いずれかが極端に大きかったりした場合、即ち 6 0度を大幅に越えるような値である場合、 60度を超えた部分には、負のトルクが発生したりする可能性がある。よって上述のように等配することは、磁束密度を軸方向に対称とし、回転子の振れ回り運動の発生を抑制できる観点力望ましい。但し角度の若干の増減は、トルクリプル低減等のため、設計事項として変更する場合もあり得る。

[0255] なお、磁極面 14aS, 14aN, 14bS, 14bN, 14cN, 14cS力ら佃 J面 100に至るまでの磁気抵抗と同程度に揃えることは、磁束密度を軸方向に対称とする観点力は望ましい。しかし本体部分 10b, 10eにおいて永久磁石体 14力も側面 100に至るまでの平均距離は、本体部分 10a, 10fにおいて永久磁石体 14力側面 100に至るまでの平均距離や、本体部分 10c, 10dにおいて永久磁石体 14力も側面 100に至るまでの平均距離と比較して長い。よって本体部分 10b, 10eにおいて永久磁石体 14から側面 100に至るまでの平均幅を拡げて磁気抵抗を下げるため、非磁性体 121a, 1 21b, 122a, 122bはそれぞれ本体咅分 10a, 10f, 10c, 10dに向けて凸となるように湾曲してもよい。これは位置 10R側に位置する本体部分 10a, 10fを区分する非磁性体 121a, 121bは、本体部分 10a, 10fに対して凸に湾曲し、位置 10P側に位置する本体部分 10c, 10dを区分する非磁性体 122a, 122bは、本体部分 10c, 10d に対して凸に湾曲する、と把握することができる。

[0256] 第 10の実施の形態.

次に好適な寸法関係にっ、て説明する。図 48は回転子 1につ、ての好適な寸法関係を例示する断面図であり、非磁性体 121bの側面 100や位置 10Rでの埋設用穴 13近傍を拡大して示している。以下では図示された部分について説明する力位置 10Pでの埋設用穴 13や非磁性体 121a, 122a, 122bについても同様に好適な寸法を採ることが望ましい。

[0257] 非磁性体 12 lbは幅 Tg 1を有して!/ヽる。但し非磁性体 12 lbは側面 100に対して垂直ではなぐ傾いているので、非磁性体 121bの側面 100側の端部では、側面 100に沿っての幅 Tg2が幅 Tglよりも広くなつている。

[0258] 第 4の実施の形態と同様に、非磁性体 121bと側面 100との間の薄肉部の厚さを Bg とし、位置 10R近傍での埋設用穴 13の端部と側面 100との間の薄肉部の厚さを Bm とし、埋設用穴 13が側面 100近傍で有する幅を Tmとした。

[0259] 幅 Tg2, Tmをほぼ等しく設定することは、固定子 2から見た回転子 1の側面 100近傍の磁気突極性を均一にする観点で望ましい。これにより安定した電動機特性を得ることがでさる。

[0260] なお、例えば特許文献 7のように、埋設用穴 13の端部を幅広とする場合もある。この場合は、幅 Tmは側面 100近傍で拡がった値を採用する。また、特許文献 8に開示されるように、敢えてこれらの幅を異ならせてもよい。また、埋設用穴 13の端部近傍に別途に独立して空隙を設けてもよ!、。これは実質的に幅 Tmを側面 100近傍で拡げる効果を招来する。

[0261] また、厚さ Bg, Bmをほぼ等しく設定することも、薄肉部の漏れ磁束の影響を均一とできる観点力も望ましい。また応力が均一に分布することになり、極端に応力が集中する部分がないため、強度面でも有利である。

[0262] また、非磁性体 121bの幅 Tglを、回転子 1と固定子 2との間の空隙よりも広ぐ例えば 2倍程度以上にすることも、非磁性体 121bでの磁束の漏れを低減し、回転子 1の磁極面における磁束密度の低下を防ぐ点で望ましい。

[0263] 上記の説明において、幅 Tgl, Tg2, Tm、厚さ Bg, Bm、回転子 1と固定子 2との間の空隙の関係は、それぞれ独立して設定することができる。即ち上述の 3つの関係の一つでも得られればそれぞれの効果が得られる。もっとも、上述の 3つの関係を全て満足すれば最良の効果が得られる。

[0264] 第 11の実施の形態.

本発明に力かる回転子 1の構造は、図 43及び図 44に示されたものに限定されるものではない。永久磁石体 14が位置 10P, 10Rの間に延在し、転換位置 14X, 14Y が位置 10P, 10Rの間に少なくとも一つ存在し、転換位置 14X, 14Yの各々近傍から、側面 100近傍へと延びる磁気障壁が存在し、永久磁石体 14の着磁方向が永久磁石体 14の延在する方向及び回転軸 Mの双方に対してほぼ直交すればよ、。磁気障壁としては非磁性体 121a, 121b, 122a, 122b及びその両側の薄肉部が例示された。

[0265] 図 49は本実施の形態に力かる回転子 1の構造を例示する断面図であり、その回転軸 Mに垂直な断面を示している。永久磁石体 14は回転軸 Mを避けて設けられ、位置 10P, 10Rの近傍に端を有する略円弧形状を呈している。但し、本体部分 10a, 1 Of側にはそれぞれ N極の磁極面 14aN及び S極の磁極面 14aSが現れる。転換位置 14X, 14Yの間において、本体部分 10b, 10e側にはそれぞれ S極の磁極面 14bS 及び N極の磁極面 14bNが現れる。転換位置 14Yと位置 10Pの間において、本体部分 10c, 10d側にはそれぞれ N極の磁極面 14cN及び S極の磁極面 14cSが現れる。つまり永久磁石体 14の着磁方向が永久磁石体 14の延在する方向及び回転軸 Mの双方に対してほぼ直交している点では、図 43、図 44に示されたように平板状の永久磁石体 14を採用した場合と共通する。

[0266] このように永久磁石体 14を回転軸 Mを避けて配置することにより、回転軸 Mを含んだ領域において本体 10に貫通するシャフト 40を設けることができる。ここでは本体部分 10bにシャフト 40が設けられた場合が例示されている。

[0267] なお永久磁石の円弧形状によっては、図 43、図 44に示されたような平板状の永久磁石体 14よりも発生させる磁束量を大きくできる場合もある。また、図 49では埋設用穴 13の端部には永久磁石体 14が埋設されない空隙が残っている場合が例示されている。

[0268] このような構成においても、転換位置 14X, 14Yが永久磁石体 14をほぼ三等分し、転換位置 14Xから非磁性体 121a, 121b力転換位置 14 Yから非磁性体 122a, 1 22bが、それぞれ側面 100へと延びて磁気障壁が設けられる。非磁性体 121a, 121 b, 122a, 122b及び位置 10P, 10Rは側面 100を周方向に六等分する角度に配置されることが望ましい。但し、本体部分 10a— 10fのそれぞれにおける永久磁石体 14 力も側面 100に至るまでの磁気抵抗を、相互に均一にしゃすい点では、図 43、図 44 、図 47に示された構造の方が好適である。

[0269] シャフト 40の材質については、非磁性体び絶縁体の少なくともいずれかであることが望ましい。非磁性体を採用することによりシャフト 40内部に磁束が通らず、磁束が有効に活用できるからである。また絶縁体を採用することにより、もしシャフト 40に磁性体を採用したとしてもシャフト 40内部に渦電流が発生しない。ここで、非磁性体の例としてはステンレスやアルミニウム、絶縁体としてはエンジニアリングプラスチックや互いに絶縁された鉄粉を固めてなる材質が例示される。

[0270] 図 50は本実施の形態の変形に力かる回転子 1の構造を例示する断面図であり、その回転軸 Mに垂直な断面を示している。埋設用穴 13は設けられず、永久磁石体 14 は位置 10P, 10Rの間に延在するものの、側面 100近傍にほぼ半周分備えられている。但し転換位置 14X, 14Yが位置 10P, 10Rの間に存在し、永久磁石体 14をほぼ三等分している点、転換位置 14X, 14Yの各々近傍から、側面 100近傍へと延びる磁気障壁が存在する点、永久磁石体 14の着磁方向が永久磁石体 14の延在する方向及び回転軸 Mの双方に対してほぼ直交する点では、図 43、図 44に示された構造や図 49に示された第 1の変形に力かる構造と共通している。

[0271] 但し、磁気障壁の一部としては、転換位置 14X, 14Yから、永久磁石体 14が設けられている側とは反対側の側面 100へと延びる非磁性体 121, 122が設けられており、これまで説明されてきた場合と比較して、非磁性体の個数は半減している。ここでは非磁性体 121, 122のみならず、非磁性体 121, 122の両端と、側面 100との間の本体 10の薄肉部も (容易に磁気飽和するので)磁気障壁として機能する。

[0272] なお、非磁性体 121, 122は回転軸 M近傍に設けられるシャフト 40を避けて延在している。非磁性体 121, 122とシャフト 40との間を十分広くし、シャフト 40にまで磁束が漏れないようにすることが望ましい。しかし、上述のようにシャフト 40は非磁性体び絶縁体の少なくとも、ずれかであることがより望ま、。

[0273] 非磁性体 121, 122は本体 10を本体部分 10a, 10b, 10cにほぼ区分する。より具体的には本体部分 10aは非磁性体 121に対して回転軸 Mに対して反対側に位置し、本体部分 10cは非磁性体 122に対して回転軸 Mに対して反対側に位置し、本体部分 10bは回転軸 Mを含んで非磁性体 121, 122に囲まれて位置する。シャフト 40は本体部分 10bにおいて設けられる。

[0274] また、永久磁石体 14の 6つの磁極面のうち、側面 100には磁極面 14aN, 14bS, 1 4cNが対向して設けられ、図示されない固定子 2側には磁極面 14aS, 14bN, 14c Sが対向して設けられる。

[0275] 本変形では、位置 10P, 10Rにおいても磁気障壁が設けられる。ここでは本体 10と永久磁石体 14の端部との間に空隙が設けられている。これは本体部分 10aを介して磁極面 14aN, 14aSの間で、また本体部分 10cを介して磁極面 14cN, 14cSの間で、それぞれ磁束が短絡して流れな！/ヽようにするためである。

[0276] 以上のような構成により、本体部分 10aのうち、側面 100として露出している部分は磁極面 14aN力も発生した磁束によって回転子 1の N磁極面として機能する。一方、本体部分 10aのうち、側面 100として露出している部分とは反対側では永久磁石体 1 4の磁極面 14aSが回転子 1の S磁極面として機能する。同様にして、本体部分 10b のうち、側面 100として露出している部分は磁極面 14bSから発生した磁束によって回転子 1の S磁極面として機能する。一方、本体部分 10bのうち、側面 100として露出している部分とは反対側では永久磁石体 14の磁極面 14bNが回転子 1の N磁極面として機能する。本体部分 10cのうち、側面 100として露出している部分は磁極面 14c N力も発生した磁束によって回転子 1の N磁極面として機能する。一方、本体部分 10 cのうち、側面 100として露出している部分とは反対側では永久磁石体 14の磁極面 1 4cSが回転子 1の S磁極面として機能する。

[0277] 例えば、永久磁石体 14の磁極面がそのまま回転子 1の磁極面として機能するものも、永久磁石体 14の磁極面力も本体部分を経由した磁束によって回転子 1の磁極面として機能するものも、固定子 2との間の空隙は略同一とする。

[0278] このようにして回転子 1は、固定子 2 (図示せず）に対向した位置で 3個の N磁極面と 3個の S磁極面とが交互に配置されるので、図 43、図 44に示された構造や図 49に示された構造と同様に回転する。

[0279] もちろん、回転子 1の磁極面間での均一性を高めるために、位置 10P, 10R、非磁性体 121, 122の端部は側面 100をほぼ周方向に六等分することが望ましい。

[0280] 図 51は図 50に示された変形において流れる磁束のシミュレーション結果を示している。シミュレーションにおいて固定子 2に供給される電流は、図 10及び図 45で採用された電流と共通している。図 52は、図 50に示された変形で得られるトルク波形 Q4 を、図 46に示された従来の構造のトルク波形 Q0、図 44に示された構造のトルク波形 Q3と併せて示すグラフである。当該グラフでも図 46と同じ単位を縦軸を採用し、横軸には回転角度を採つて 1 Z3回転分のトルク波形を示して、る。

[0281] 本変形では、永久磁石体 14の磁極面がそのまま回転子 1の磁極面として機能するものと、永久磁石体 14の磁極面力も本体部分を経由した磁束によって回転子 1の磁極面として機能するものとが混在しているので、トルク波形 Q4は脈動がトルク波形 Q 3よりは多い。しかし、磁石の個数を減らしつつも永久磁石の磁束を有効に活用し、トルクを大きくすることができる。特に一般的な表面磁石型電動機において用いられる永久磁石と比較すると半分の体積で実現されるので、永久磁石についてのコスト (加ェコストも含む）を低減することができる。

[0282] 図 44、図 49、図 50に示されたいずれの構造も、回転子 1の磁極面が有する磁気突極性により、第 6の実施の形態と同様にリラクタンストルクを利用することができる。第 6の実施の形態で説明されたように、弱め磁束を採用する負荷領域を除いて考えると、リラクタンストルクを最大化するための電流位相は、 0度を超え 45度未満である。

[0283] 第 6の実施の形態で角度 |8 について述べたように、進相角度として 15— 35度、例

2

えば 20度を採用できる。但し、図 50に示された回転子 1は、図 44や図 49に示された回転子 1と比較して突極性が小さぐリラクタンストルクは小さくなる。

[0284] 第 12の実施の形態.

上述のように、シャフト 40が本体 10に貫通して設けられる場合もある力図 43、図 4 4、図 47に示されるようにシャフト 40を本体 10に貫通して設けることが困難な構造もある。そこで、本項ではシャフト 40の望ましい構成について説明する。

[0285] 図 43、図 44、図 47に例示された構造では、シャフト部分が略記されていた力当該断面に現れて、な、位置にぉ、てシャフトが設けられて、ることも望ま、形態の一つである。例えば、非磁性体 121a, 121b, 122a, 122bと一体成形され、回転子 1の片端部または両端部力突出する榭脂製のシャフトを設けることも望ましい。

[0286] 図 53は回転子 1の回転軸 M方向の端部の一方にシャフト 4を設けた構造を例示する斜視図である。当該端部の両方にシャフト 4を設けてもよい。

[0287] 第 2の実施の形態で示された構造と類似して、シャフト 4はシャフト本体 41と、端板 4 2とを有している。端板 42の中央には穴 44力その周囲には貫通孔 43が穿たれている。穴 44にはシャフト本体 41が貫挿されて固定される。但し本実施の形態では貫通孔 43が 6個設けられて、る場合が例示されて！、る。

[0288] 回転子 1の回転軸 M方向端部の本体部分 10a— 10fには、それぞれ例えば 1個の穴 15が穿たれている。穴 15と穴 43とは相互に対応して配置されており、両者間は図示されな!/、ボルトやリベットなどで固定される。

[0289] シャフト 4は回転子 1内部を貫通しないため、磁性体、例えば鉄を使用しても、永久磁石体 14の両側の磁極面を短絡させず、軸受の損失が増大することも回避できる。また永久磁石体及び非磁性体の配置に自由度が増す。

[0290] 第 2の実施の形態と同様に、端板 42はバランスウェイトを兼ねてもよいが、端板 42 は非磁性体であることが望ましい。磁性体を採用すれば、永久磁石体 14の両側の磁極面からの磁束が端板 42を介して短絡し、側面 100において固定子 2の磁極面が発生しに《なるからである。

[0291] 図 54は本実施の形態の変形に力かる回転子 1の構造を例示する断面図である。本体部分 10a— 10fは永久磁石体 14、非磁性体 121a, 121b, 122a, 122bによって相互に分離されている。しかしながら、穴 15が本体部分 10a— 10fに穿たれており、これを介して図 53に示されたシャフト 4が装着可能となる。よってシャフト 4を介して本体部分 10a— 10fが連結される。更に穴 16が本体部分 10a— 10fに穿たれており、これに相当する貫通孔 43が端板 42に設けられれば、ボルトなどを使用して、より強固に本体部分 10a— 10fを締結することができる。

[0292] 図 55は本実施の形態の他の変形に力かる回転子 1の構造を例示する断面図である。永久磁石体 14が位置 10P, 10Rの間にほぼ直線状に延在し、転換位置 14Xが位置 10P, 10Rの間に存在して永久磁石体 14をほぼ二等分している。つまり転換位置 14Xは回転軸（図示しない）近傍に配置される。転換位置 14Xの近傍から、側面 1 00近傍へと延びる磁気障壁が存在する。磁気障壁としては転換位置 14Xにおける永久磁石体 14、非磁性体 121a, 121b及びその両側の薄肉部が機能する。

[0293] 本体 10は埋設用穴 13及び非磁性体 121a, 121bによって本体部分 10a, 10b, 1 0e, 10fへとほぼ区分されている。より具体的には、本体部分 10aは位置 10R側の埋設用穴 13及び非磁性体 121aによって他の本体部分から区分され、本体部分 10b は位置 10P側の埋設用穴 13及び非磁性体 121aによって他の本体部分から区分され、本体部分 10eは位置 10P側の埋設用穴 13及び非磁性体 121bによって他の本体部分から区分され、本体部分 10fは位置 10R側の埋設用穴 13及び非磁性体 121 bによって他の本体部分から区分される。

[0294] 但し図 55に示された構成では、本体部分 10a, 10b, 10e, 10fのうち、隣接するもの同士は本体 10の薄肉部を介して連結されている。より具体的には、本体部分 10a , 10bは非磁性体 121aよりも側面 100側の薄肉部と、非磁性体 121aと埋設用穴 13 との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分 10b, lOeは位置 10Pでの埋設用穴 13よりも側面 100側の薄肉部によって連結されている。本体部分 10e, 10fは非磁性体 121bよりも側面 100側の薄肉部と、非磁性体 121bと埋設用穴 13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分 10f, 10aは位置 10Rでの埋設用穴 13よりも側面 100側の薄肉部によって連結されている。

[0295] 永久磁石体 14の着磁方向は永久磁石体 14の延在方向及び回転軸 Mの双方に対してほぼ直交する。図 55に示された構造では永久磁石体 14は回転軸近傍 (即ち転換位置 14X近傍)を通過し、回転子 1のほぼ直径方向にて延在する。そして位置 10 Rと転換位置 14Xの間において、本体部分 10a, 1 Of側にはそれぞれ N極の磁極面 14aN及び S極の磁極面 14aSが現れる。転換位置 14Xと位置 10Pの間において、本体部分 10b, 10e側にはそれぞれ N極の磁極面 14bN及び S極の磁極面 14bSが現れる。転換位置 14Xは実質的には着磁されてはヽな、。

[0296] あるいは見方を変えれば、永久磁石体 14は 2個の永久磁石 14a, 14bを一体として備え、転換位置 14Xにおいて永久磁石 14a, 14bが隣接すると把握することもできる。この場合、転換位置 14Xは隣接する永久磁石の隣接位置として把握することができる。

[0297] 本体部分 10b, 10fには、永久磁石体 14を避けた位置で、回転軸 M (図示せず）に関してほぼ 180° 対称となる 2個の貫通穴 17が穿たれている。

[0298] 図 56は図 55に例示された構造の回転子 1に対してシャフト 45を設ける態様を例示する斜視図である。シャフト 45は軸受保持部分 45sと、一対の回転子貫通部分 45rとを有している。回転子貫通部分 45rは軸受保持部分 45sに対して偏芯している。回転子貫通部分 45rが貫通穴 17に嵌合することにより、軸受保持部分 45sを回転軸として回転子 1が回転可能となる。

[0299] 回転子貫通部分 45rは 1つでもよい。この場合、シャフト 45の機械的強度は通常のクランクシャフトとしての加工で足りる。但し、回転子貫通部分 45rを 180度対称位置に 2個設けることにより、シャフト 45を回転軸とする回転子 1の回転バランスを良好とすることができる。 [0300] なお、回転子 1はその本体 10が通常は積層鋼板力も構成されるのに対し、シャフト 45は一体ものの鉄等力もなるため、抵抗率が小さい。よってシャフト 45の材料としては非磁性体を採用し、シャフト 45内部に磁束を通りに《することで渦電流の発生を抑制しすることが望ましい。

[0301] 逆に、もしシャフト 45の材料として磁性体を採用するのであれば、抵抗率が小さぐ互いに絶縁された粉末を固めた材料を採用することが望ましい。図 55、図 56に示されたように極対数が 2個（即ち磁極面の個数は 4個）などの偶数である場合、回転子貫通部分 45rを嵌合させる貫通穴 17を 2箇所の対称位置に設けても、シャフト 45を介しての磁束の短絡は発生しな!、。貫通穴 17が設けられる本体部分（図 55を例に採れば本体部分 10b, 10f)の側面 100には同極性の磁極面が発生する力もである

[0302] しかし図 43、図 44、図 47に示された構造や図 49に示された構造のように、極対数力 S3個（即ち磁極面の個数は 6個）などの奇数である場合、回転子貫通部分 45rを嵌合させる貫通穴 17を 2箇所の対称位置に設けると、シャフト 45を介しての磁束の短絡が発生する。従って図 56に示されたようなシャフト 45を用いる場合には、シャフト 4 5は非磁'性でなければならなヽ。

[0303] ところ力図 50に示されるような構造のように、永久磁石体 14が回転子 1の側面 10 0において設けられるような形状では、同一の本体部分 10bにおいて貫通穴 17を設けることができるので、必ずしもシャフト 45を非磁性体で構成する必要はない。図 57 はかかる構造を例示する回転子 1の断面図であり、図 50に示された構造と比較して、非磁性体 121, 122はシャフト 40を迂回する必要がないので、緩やかなカーブを呈するか、あるいはほぼ直線状に延在する。そして本体部分 10bには回転軸 Mに関してほぼ 180° 対称となる 2個の貫通穴 17が穿たれている。図 58は図 56と同様にして回転子貫通部分 45rが貫通穴 17に嵌合する態様を例示する斜視図である。これにより、軸受保持部分 45sを回転軸として回転子 1が回転可能となる。

[0304] 第 13の実施の形態.

相互に共通する回転軸を有する回転子を複数設けて連結してもよ!、。図 59は固定子 2を一部破断してモータを示す斜視図である。第 5の実施の形態と同様に、回転子 1は回転子 1A, IBに分割されている。

[0305] 図 60 (a) , (b)はそれぞれ回転子 1Aと固定子 2との位置関係、回転子 1Bと固定子 2との位置関係を示す断面図である。回転子 1A, 1Bの両者を併せた全体としての回転子 1と固定子 2との位置関係は、図 60 (a) , (b)において共通である。

[0306] 回転子 1A, 1Bは同じ構造を呈している。永久磁石体 14A, 14Bは図 44の永久磁石体 14に相当し、非磁性体 121aA, 121aBは図 44の非磁性体 121aに相当し、非磁性体 121bA, 121bBは図 44の非磁性体 121bに相当し、非磁性体 122aA, 122 aBは図 44の非磁性体 122aに相当し、非磁性体 122bA, 122bBは図 44の非磁性体 122bに相当する。

[0307] 固定子 2の構造は回転軸 Mについて周方向にずれてはいないが、回転子 1A, 1B の配置は相互に周方向に角度 δでずれている。具体的には回転子 1Aに属する永久磁石体 14Aの位置と、回転子 1Bに属する永久磁石体 14Bの位置とは、周方向に角度 δでずれている。同様に非磁性体 121aA, 121bA, 122aA, 122bAの位置と、磁'性体 121aB, 121bB, 122aB, 122bBの位置も周方向【こ角度 δでずれてヽる。

[0308] 図 60 (a) (b)においては固定子 2におけるある基準位置と、非磁性体 12Bの中心線をそれぞれ一点鎖線及び二点鎖線で示して、る。回転子 1Aでは非磁性体 12A の中心と上述の基準位置とがー致する力回転子 1Bでは非磁性体 12Bの中心と上述の基準位置とが角度 δでずれている。上述のように回転子 1は回転子 1Aと回転子 1Bが相互に固着されて連結されるので、同じ固定子 2の位置に対して、回転子 1Aと回転子 1Bが与える磁束の流れは異なる。

[0309] 従来から、回転子を回転軸方向に沿って分割し、かつ相互に周方向に異なる配置をすることにより、トルクの脈動を低減することが、例えば特許文献 9において提示されている。同様にして、本発明においても図 59、図 60に示される構成を採ることにより、トルクの脈動を低減することができる。このように分割される回転子としては、図 43 、図 44、図 47に示された構造の他、図 49、図 50、図 54、図 55に示された構造をも採用することができる。

[0310] 総括的な説明. なお、本発明は下記のように把握することができる。固定子 2と、この固定子 2に対して空隙 Agi, Agmを介して対向する回転子 1とを備える永久磁石電動機であり、回転子は、回転軸 Mを中心とする略円筒形の側面 100を有する本体 10を備える。そして回転軸に垂直な断面にぉ、て、磁極面の境界たる位置 (ここでは磁極面境界位置と称す)が側面 100において設定される。そしてこれらの間で磁気障壁が延在する。

[0311] 図 2、図 15に即してみれば、第 1の磁極面境界位置及び第 2の磁極面境界位置はそれぞ; ^立置 10Q1, 10Q2として示されており、磁気障壁 19がこれらの間で延在している。

[0312] また図 39に即してみれば、位置 10Q1, 10Q2の間で非磁性体 124, 125が設けられている。図 40に即してみれば位置 10Q1, 10Q2の間で非磁性体 12が設けられている。上述のように、非磁性体 12, 124, 125の両端と側面との間の薄肉部 101— 1 04も磁気障壁として機能して、る。

[0313] 図 42に即してみれば、位置 10Q1, 10Q2の間で本体部分 10m, 10ηが分離しており、両者の間に磁気障壁が存在する。

[0314] 図 44、図 47、図 49、図 54に即してみれば、第 1の磁極面境界位置及び第 2の磁極面境界位置は、それぞれ位置 10Q3, 10Q4として示されており、非磁性体 121a, 121b及び転換位置 14Xでの永久磁石体 14、並びにこれら相互間の薄肉部、更には非磁性体 121a, 121bと側面 100との間の薄肉部は、位置 10Q3, 10Q4の間で延在して磁気障壁として機能している。図 55に関しても同様の説明が可能である。

[0315] また位置 10Q5, 10Q6の間でも、非磁性体 122a, 122b及び転換位置 14Yでの永久磁石体 14、並びにこれら相互間の薄肉部、更には非磁性体 122a, 122bと側面 100との間の薄肉部が延在し、これらが磁気障壁として機能している。

[0316] 図 50、図 57に関しても、位置 10Q3, 10Q4の間では非磁性体 121が、位置 10Q5 , 10Q6の間では非磁性体 122が、それぞれ延在しており、これら自身及びこれらの両端にある本体 10の薄肉部が磁気障壁として機能している。

[0317] そして回転子 2は、上述の磁気障壁を介して相互に反対側に設けられた複数の永久磁石を備える。この永久磁石は極性が異なる磁極面を有してヽる。

[0318] 図 2、図 15に即してみれば、磁気障壁 19を介して永久磁石 11a, l ib力相互に反対側に設けられている。そして永久磁石 11aは磁極面 l laN, l laSを、永久磁石 l ibは磁極面 l lbN, l lbSを、それぞれ有している。図 42についても同様の説明が可能である。

[0319] また図 41に即してみても、非磁性体 12を介して永久磁石 11a, l ibが、相互に反対側に設けられている。

[0320] 図 44、図 47、図 49、図 54に即してみれば、位置 10Q3, 10Q4の間で延在する磁気障壁を介して永久磁石 14a, 14bが相互に反対側に設けられている。また位置 10 Q5, 10Q6の間で延在する磁気障壁を介して永久磁石 14b, 14cが相互に反対側に設けられている。そして永久磁石 14aは磁極面 14aN, 14aSを、永久磁石 14bは磁極面 14bN, 14bSを、永久磁石 14cは磁極面 14cN, 14cSを、それぞれ有している。図 57についても同様の説明が可能である。

[0321] このような構成において、磁気障壁を介した一側と他側との間は、磁気障壁によつて磁束の透過が阻害される。よって各々の磁極面から得られる磁束を回転子の側面へと効率よく導くことができる。しかも磁気障壁は磁極面境界として機能するので、磁気障壁を介して対向する側のそれぞれにおいて回転子の磁極面を独立して形成することができる。これは、永久磁石当たりの磁極面数を 2以上とすることを可能とする。

[0322] 本発明にかかる永久磁石電動機は、種々の範囲に応用が可能である。例えば圧縮機や送風機に採用することができる。従って、例えばこれら圧縮機や送風機を介して、空気調和機に適用することもできる。

[0323] 本発明は、永久磁石の材質を特に規定しないが、最大エネルギー積の大きいネオジ鉄ボロン系の焼結の希土類磁石を用、るのが好適であり、必要に応じて異方性を有する材質を使用すれば、更に磁束密度も増し、好適である。

[0324] この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例力この発明の範囲力外れることなく想定され得るものと解される。

Claims

請求の範囲

[1] 固定子 (2)と、

前記固定子に対して空隙 (Agi, Agm)を介して対向する回転子（1)とを備え、前記回転子は、

回転軸 (M)を中心とする略円筒形の側面（100)を有する本体（10)と、前記回転軸に垂直な断面において、前記側面の第 1の磁極面境界位置及び第 2 の磁極面境界位置（ 10Q 1— 10Q6)の間に延在し、磁束の透過を阻害する磁気障壁（101— 104, 12, 45, 121—125, 14X, 14Y)と、

前記磁気障壁を介して相互に反対側に設けられ、その各々が相互に極性が異なる第 1及び第 2の磁極面（l laN, l laS, l lbS, l lbN, 14aN, 14aS, 14bS, 14bN , 14cN, 14cS)を有する複数の永久磁石（11a, l ib, 14a, 14b, 14c)とを含む永久磁石電動機。

[2] 前記本体（10)は前記磁気障壁によって、前記回転子の周方向に隣接して配置された 2n (nは 1以上の整数)個の磁束発生部（la, lb)に、区分され、

隣接する前記磁束発生部の前記永久磁石の前記第 1磁極面同士は、極性が相互に反対であり、

各々の前記永久磁石はその属する前記磁束発生部において

前記第 1磁極面が前記固定子に対向し、

前記第 2磁極面からの磁束によって、前記永久磁石と前記磁気障壁との間の前記本体部分（10m, 10η)において、前記第 2磁極面と同極性で、前記第 1磁極面の両側から前記固定子と対向する第 3磁極面（13aSl, 13aS2 ; 13bNl, 13bN2)が発生する、請求項 1記載の永久磁石電動機。

[3] 前記回転子（1A, 1B ; 1C, ID, IE)は複数設けられ、

複数の前記回転子は前記回転軸を共有して固着して連結され、

異なる前記回転子に属する前記第 1磁極面の位置は、周方向に相互にずれている、請求項 2記載の永久磁石電動機。

[4] 前記回転子（1C, ID, 1E)は少なくとも三個設けられ、

一の前記回転子の前記磁束発生部と、これに隣接する前記回転子の前記磁束発生部との間での磁束の透過を阻害する回転子間磁気障壁 (5)

を更に含み、

各々の前記回転子の前記第 1磁極面は周方向に相互に異なる位置で配置され、異なる前記回転子の磁極面が前記回転軸の方向に極性を同じくして並ぶ、請求項 3記載の永久磁石電動機。

[5] 前記回転子（1)は前記固定子（2)に囲まれ、

前記第 2磁極面（l laS, l lbN)は前記回転子の回転中心に向ぐ請求項 2記載の永久磁石電動機。

[6] 前記回転子（1)は、

前記回転中心において前記本体部分（10m, 10η)を貫通するシャフト (46)と、前記回転軸の周囲に設けられた非磁性のボス（ 120)と

を更に含む、請求項 5記載の永久磁石電動機。

[7] 前記回転子（1)は、

前記回転中心において前記本体部分（10m, 10η)を貫通する非磁性のシャフト (4 5)

を更に含む、請求項 5記載の永久磁石電動機。

[8] 前記回転子（1)は、

前記本体部分（10m, 10η)の前記回転中心の端部に設けられるシャフト (4) を更に含む、請求項 5記載の永久磁石電動機。

[9] 前記磁気障壁（124, 125)は前記隣接する前記磁束発生部（la, lb)の間に複数設けられ、

前記複数の前記磁気障壁は前記回転軸を挟み、

前記回転子（1)は、

前記回転軸において前記回転子を貫通するシャフト (46)

を更に含む、請求項 5記載の永久磁石電動機。

[10] 前記本体部分（10m, 10η)は、その一部（10j, 10k)が前記第 1磁極面（l laN, 1 lbS)よりも前記固定子（2)側に位置する、請求項 2記載の永久磁石電動機。

[11] 前記本体部分（10m, 10η)には前記永久磁石（11a, l ib)を埋設する埋設穴（11 aO ; l lbO)が設けられ、

前記磁気障壁（19)の端部（101, 102)と前記埋設穴の両端とは、前記回転子（1) の外周近傍において前記磁束発生部（la, lb)をほぼ等分する位置に配置される、請求項 10記載の永久磁石電動機。

[12] 前記磁気障壁（19)は

隣接する前記磁束発生部（la ; lb)の前記本体部分（10m, 10η)を前記回転子（1 )の外周において連結する薄肉部（101, 102)と、

前記薄肉部に接する一端を有して延在する非磁性体（12)と

を備え、

前記埋設穴（l laO, l lbO)の端の前記固定子（2)に最も近い位置での前記周方向の幅 (Tm)と、隣接する一対の前記磁束発生部の間に介在する前記薄肉部の前記固定子に最も近い位置での前記周方向の幅 (Tg)とはほぼ等しい、請求項 11記載の永久磁石電動機。

[13] 前記磁気障壁（19)は

隣接する前記磁束発生部（la, lb)の前記本体を前記回転子（1)の外周において連結する薄肉部（101, 102)と、

前記薄肉部に接する一端を有して延在する非磁性体（12)と

を備え、

前記埋設穴（1 laO)の端と前記回転子の外周面との間の厚さ (Bm)と、前記薄肉部の厚さ（Bg)とはほぼ等しい、請求項 11記載の永久磁石電動機。

[14] 前記本体部分（10m, 10η)には前記永久磁石（11a, l ib)を埋設する埋設穴（11 a0, l lbO)が設けられ、

前記磁気障壁（19)は

前記薄肉部に接する一端を有して延在する非磁性体（12)と

を備え、

前記非磁性体（12)の厚さ（Cg)は前記埋設穴の厚さ（Cm)よりも大きい、請求項 2 記載の永久磁石電動機。

[15] 前記第 1磁極面（l laN, l lbS)と前記固定子の間の前記空隙 (Agm)は、前記第 3磁極面（13aSl, 13aS2, 13bNl, 13bN2)と前記固定子（2)の間の前記空隙（A gi)よりも大きい、請求項 12記載の永久磁石電動機。

[16] 前記非磁性体（12)の厚さ（Cg)は、前記第 3磁極面（13aSl, 13aS2, 13bNl, 1 3bN2)と前記固定子（2)の間の前記空隙 (Agi)の 2倍程度以上である、請求項 14 記載の永久磁石電動機。

[17] 前記本体部分（10m, 10η)には前記永久磁石（11a, l ib)を埋設する埋設穴（11 aO, l lbO)が設けられ、

前記埋設穴の端部は前記回転子（1)の周方向に沿って延在する幅広部（9a, 9b) を有する、請求項 10記載の永久磁石電動機。

[18] 前記本体部分（10m, 10η)には

前記永久磁石（11a, l ib)を埋設する埋設穴（l laO, l lbO)と、

前記埋設穴の端部に離隔しつつ近接して設けられた非磁性体 (91a, 91b)とが設けられる、請求項 10記載の永久磁石電動機。

[19] 前記磁気障壁（19)は

隣接する前記磁束発生部（la, lb)の前記本体部分（10m, 10η)を前記回転子（ 1)の外周において連結する薄肉部（101, 102)と、

前記薄肉部に接する一端を有して延在する非磁性体（ 12)と、

前記非磁性体の端部に離隔しつつ近接して設けられた非磁性体 (91c)とを備える、請求項 10記載の永久磁石電動機。

[20] 前記磁気障壁（19)は

前記非磁性体の端部に設けられ、前記第 2磁極面（l laS, l lbN)と同極性で前記第 2磁極面に向く磁極面を有する他の永久磁石と

を持つ、請求項 10記載の永久磁石電動機。

[21] 前記固定子（2)は、

6n極の磁束を発生させる第 1卷線 (Al, A2, A3, Bl, B2, B3, CI, C2, C3)と

2n極の磁束を発生させる第 2卷線（Dl, D2, El, E2, Fl, F2)と

を有する、請求項 2記載の永久磁石電動機。

[22] 前記第 1卷線 (Al, A2, A3, Bl, B2, B3, CI, C2, C3)は集中卷として、前記第 2卷線 (Dl, D2, El, E2, Fl, F2)は分布卷として、それぞれ卷回された請求項 21記載の永久磁石電動機。

[23] 前記固定子（2)は、

前記第 1卷線 (Al, A2, A3, Bl, B2, B3, CI, C2, C3)が卷回される複数の歯部（21)

を更に有し、

前記第 2卷線 (Dl, D2, El, E2, Fl, F2)は前記第 1の卷線を介して前記歯部に設けられる、請求項 22記載の永久磁石電動機。

[24] 前記固定子（2)は、

6n極の磁束を発生させる第 1電流 (I , 1 , 1 )と、 2n極の磁束を発生させる第 2電

6A 6B 6C

流 (I , I , I , I , I , I , I , I , I )との共通の経路となる卷線 (A— I)

2A 2B 2C 2D 2E 2F 2G 2H 21

を有する、請求項 2記載の永久磁石電動機。

[25] 請求項 21乃至請求項 24のいずれか一つに記載の永久磁石電動機を、起動時を除いて所定の回転速度よりも小さな値で前記回転子（1)が回転する第 1の場合と、前記所定の回転速度よりも大きな値で前記回転子が回転する第 2の場合とに分けた態様で駆動する方法であって、

少なくとも前記第 1の場合には前記 6n極の磁束によって駆動し、

少なくとも前記第 2の場合には前記 2n極の磁束によって駆動する、永久磁石電動機の駆動方法。

[26] 請求項 21乃至請求項 24記載の永久磁石電動機を駆動する方法であって、

駆動状態が安定した場合及び前記永久磁石電動機に設定された最高負荷を含んだ駆動領域においては、前記 2n極及び前記 6n極の磁束によって駆動する、永久磁石電動機の駆動方法。

[27] 請求項 21乃至請求項 24記載の永久磁石電動機を駆動する方法であって、

前記固定子（2)に発生する磁束の位相を、前記回転子（1)の角度（ Θ )に対して正値（ι8

6 )で進める、永久磁石電動機の駆動方法。

[28] 固定子（2)が有する複数の歯部（21)の間で卷線ノズルを遥動させ、前記歯部に第 1卷線を卷回する（Al, A2, A3, Bl, B2, B3, CI, C2, C3)ステップと、あらかじめ所定の卷枠に分布卷で卷回された第 2卷線 (Dl, D2, El, E2, Fl, F 2)を前記第 1卷線の間に挿入し、前記第 2卷線を前記第 1の卷線を介して前記歯部に設けるステップと、

を備える、永久磁石電動機の製造方法。

[29] 前記永久磁石（14a, 14b, 14c)は、前記回転軸 (M)を挟んで前記側面（100)において相互にほぼ正対する第 1位置（10P)及び第 2位置（10R)の間で、前記磁気障壁を介して相互に隣接しつつ延在し、

前記回転子（1)は、前記永久磁石同士の隣接位置（14X, 14Y)近傍カゝら前記第 1 の磁極面境界位置及び前記第 2の磁極面境界位置へと延び、前記永久磁石と共に前記本体を、磁気的に相互に遮蔽された複数の本体部分（10a— 10f)に区分する非磁性体（121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122)

を更に含み、

前記永久磁石の着磁方向は、少なくとも前記隣接位置又は、前記隣接位置及びその近傍を除く部分において、前記永久磁石の延在する方向及び前記回転軸の双方に対してほぼ直交する、請求項 1記載の永久磁石電動機。

[30] 前記永久磁石（14a, 14b, 14c)は前記隣接位置（14X, 14Y)を介して相互に連結して永久磁石体（14)を構成し、前記隣接位置における前記永久磁石体は無着磁もしくは前記回転軸に沿って着磁される、請求項 29記載の永久磁石電動機。

[31] 前記永久磁石体（14)は前記回転軸 (M)近傍を通過して設けられる、請求項 30記載の永久磁石電動機。

[32] 前記第 1位置（10P)側に位置する前記本体部分（10c, 10d)を区分する前記非磁性体（122a, 122b)は前記第 1位置（10P)側に位置する前記本体部分に対して凸に湾曲し、

前記第 2位置（10R)側に位置する前記本体部分（10a, 10f)を区分する前記非磁性体（121a, 121b)は前記第 2位置（10R)側に位置する前記本体部分に対して凸に湾曲する、請求項 31記載の永久磁石電動機。

[33] 前記永久磁石体（14)は前記回転軸 (M)近傍を迂回して設けられる、請求項 30記載の永久磁石電動機。

[34] 前記永久磁石体（14)は前記側面（100)近傍に設けられる、請求項 33記載の永久磁石電動機。

[35] 前記第 1位置（10P)近傍及び第 2位置（10R)近傍に他の磁気障壁が設けられる、請求項 34記載の永久磁石電動機。

[36] 前記第 1の磁極面境界位置及び前記第 2の磁極面境界位置（10Q1— 10Q6)、並びに前記第 1位置（10P)及び第 2位置（10R)は、前記回転子（1)の側面（100)を周方向にほぼ等分する位置に配置される、請求項 30に記載の永久磁石電動機。

[37] 前記本体（10)には前記永久磁石体（14)を埋設する埋設穴（13)が設けられ、前記非磁性体（121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122,；)の前記側面（100)側の端部が前記側面に沿って有する幅 (Tg2)と、前記埋設用穴（13)の前記側面近傍で有する幅 (Tm)とがほぼ等しい、請求項 30記載の永久磁石電動機。

[38] 前記本体（10)には前記永久磁石体（14)を埋設する埋設穴（13)が設けられ、前記磁 '性体（121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122)と前記佃 J面（100)との間の薄肉部の厚さ（Bg)と、前記埋設用穴（13)と前記側面（100)との間の薄肉部の厚さ（Bm)とがほぼ等しい、請求項 30記載の永久磁石電動機。

[39] 前記非磁性体（121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122)の幅（Tgl)力前記回転子（1)と前記固定子（2)との間の空隙の 2倍程度以上である、請求項 30記載の永久磁石電動機。

[40] 前記非磁性体（121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122)と前記永久磁石体（14) とは接触して、もしくは前記本体（10)の薄肉部を介して隔てられて設けられる、請求項 30記載の永久磁石電動機。

[41] 前記回転子（1)は、前記回転軸 (M)にお、て前記本体（10)を貫通する非磁性のシャフト (40) を更に含む、請求項 33記載の永久磁石電動機。

[42] 前記回転子（1)は、

前記回転軸 (M)にお、て前記本体（10)を貫通する絶縁性のシャフト (40) を更に含む、請求項 33記載の永久磁石電動機。

[43] 前記回転子（1)は、

前記本体（10)の前記回転軸 (M)の端部に設けられるシャフト (4)

を更に含む、請求項 30記載の永久磁石電動機。

[44] 前記回転子（1)は、

軸受保持部分 (45s)及び少なくとも一つの回転子貫通部分 (45r)とを含むシャフト (45)

を更に含み、

前記回転子貫通部分は前記軸受保持部分に対して偏芯し、

前記本体（10)には前記回転子貫通部分が嵌合する貫通穴（17)が設けられる、請求項 30記載の永久磁石電動機。

[45] 前記貫通穴（17)及び前記回転子貫通部分 (45r)はそれぞれ一対設けられ、前記貫通穴は前記本体部分のうち、同極性の二つにおいてそれぞれ穿たれる、請求項 44記載の永久磁石電動機。

[46] 前記回転子（1A, 1B)は複数設けられ、

複数の前記回転子は相互に共通する回転軸 (M)を有して固着して連結され、異なる前記回転子に属する前記永久磁石体（14)の位置は、周方向に相互にずれている、請求項 30記載の永久磁石電動機。

[47] 前記永久磁石体（14)は、厚み方向に異方性を有する請求項 30記載の永久磁石電動機。

[48] 請求項 30乃至請求項 47のヽずれか一つに記載の永久磁石電動機を駆動する方法であって、

前記固定子（2)に発生する磁束の位相を、前記回転子（1)の角度（ Θ )に対して正値で進める、永久磁石電動機の駆動方法。

[49] 請求項 1乃至請求項 24及び請求項 29乃至請求項 47のいずれか一つの永久磁石電動機を備える冷媒圧縮機。

[50] 請求項 1乃至請求項 24及び請求項 29乃至請求項 47のいずれか一つの永久磁石電動機を備える送風機。