WO2024013929A1 - 永久磁石同期電動機 - Google Patents

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WO2024013929A1
WO2024013929A1 PCT/JP2022/027691 JP2022027691W WO2024013929A1 WO 2024013929 A1 WO2024013929 A1 WO 2024013929A1 JP 2022027691 W JP2022027691 W JP 2022027691W WO 2024013929 A1 WO2024013929 A1 WO 2024013929A1
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permanent magnet
recess
rotor core
magnet
synchronous motor
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PCT/JP2022/027691
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悠希 西村
詠吾 十時
雄一朗 中村
昇平 藤倉
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三菱電機株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2793—Rotors axially facing stators
    • H02K1/2795—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets

Definitions

  • the present disclosure relates to a permanent magnet synchronous motor.
  • Vd RId+ ⁇ LqIq
  • Vq RIq+ ⁇ LdId+ ⁇ m
  • Vt ⁇ (Vd 2 +Vq 2 )
  • Vd is the d-axis voltage.
  • Vq is the q-axis voltage.
  • Ld is the d-axis inductance.
  • Lq is the q-axis inductance.
  • R is resistance.
  • Id is the d-axis current.
  • Iq is the q-axis current.
  • ⁇ is the angular velocity.
  • ⁇ m is the magnet magnetic flux.
  • ⁇ m is an induced voltage.
  • ⁇ Ld, ⁇ Lq, and ⁇ m increase in proportion to the number of rotations or speed. Therefore, in a state in which the electric motor rotates at high speed or in a state in which the electric motor is driven at high speed, the terminal voltage Vt increases.
  • Flux weakening control in which a negative d-axis current Id is input to the motor is known as a control technique for making the terminal voltage Vt below the input voltage Vi. According to such magnetic flux weakening control, it is possible to control the terminal voltage Vt to be equal to or lower than the input voltage Vi even when the electric motor is rotating at high speed or driving at high speed. In such flux-weakening control, a negative d-axis current Id is applied to the motor to reduce the amount of induced voltage ⁇ m generated and prevent the terminal voltage Vt from becoming saturated during high-speed rotation.
  • Ia ⁇ ( Id2 + Iq2 )
  • the torque T generated by a surface magnet type permanent magnet synchronous motor is expressed as follows, where pn is the number of pole pairs.
  • Patent Document 1 discloses effective flux-weakening control with a small d-axis current Id by increasing the d-axis inductance Ld.
  • protrusions that protrude in the radial direction from the rotor core are formed so as to fit into a plurality of permanent magnets arranged on the surface of the rotor core. This increases the d-axis inductance Ld, allows field weakening control to function effectively, and improves the torque output of the motor during high-speed rotation.
  • the position of the convex portion of the rotor core in the circumferential direction for the purpose of increasing the d-axis inductance Ld is located at the center of the magnetic pole. Further, the shape of the convex portion is mirror symmetrical with respect to the center of the magnetic pole.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a permanent magnet synchronous motor that can increase the d-axis inductance Ld and perform efficient flux weakening control. .
  • a permanent magnet synchronous motor includes a stator, a rotor, and a plurality of permanent magnets.
  • the rotor includes a rotor core made of an electromagnetic steel plate and having one or more convex portions protruding in a radial direction toward the stator, and a rotating shaft fixed to the rotor core.
  • the rotor is rotatably arranged with respect to the stator.
  • Each of the plurality of permanent magnets has an arc-shaped stator facing surface that faces the stator through a gap, and a rotor core fixing surface that is located on the opposite side of the stator facing surface and that is fixed to the outer peripheral surface of the rotor core.
  • the plurality of permanent magnets are arranged in a circumferential direction of the rotor. In the circumferential direction, the polarities of the stator-facing surfaces of two adjacent permanent magnets among the plurality of permanent magnets are different from each other. In the circumferential direction, each of the plurality of permanent magnets has a first magnet end connected to the rotor core fixing surface, and a second magnet end connected to the rotor core fixing surface and located on the opposite side from the first magnet end. has.
  • the recess of each of the plurality of permanent magnets has a first recess end connected to the rotor core fixing surface, and a second recess end connected to the rotor core fixing surface and located on the opposite side from the first recess end. and a recessed end.
  • the rotor core fixing surface includes a first region located between the first magnet end and the first recess end, and a second region located between the second magnet end and the second recess end. have The recess is located between the first region and the second region. The distance between the first magnet end and the first recess end in the first region is L1, and the distance between the second magnet end and the second recess end in the second region is L2. Then, L1 ⁇ L2 is satisfied.
  • the permanent magnet synchronous motor According to the permanent magnet synchronous motor according to the present disclosure, it is possible to increase the d-axis inductance Ld and perform efficient magnetic flux weakening control. This makes it possible to improve the torque output of the permanent magnet synchronous motor during high-speed rotation.
  • FIG. 1 is a diagram showing a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 1 is a diagram showing a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a region near the permanent magnets constituting the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the overlapping state of the permanent magnets shown in FIG. 1A and the permanent magnets shown in FIG.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a region near a permanent magnet that constitutes a conventional permanent magnet synchronous motor, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a comparison result between the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment and a conventional permanent magnet synchronous motor with respect to d-axis inductance Ld.
  • FIG. 7 is an enlarged view showing a region near the permanent magnets constituting a modification of the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 7 is an enlarged view showing a region near the permanent magnets constituting a modification of the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 7 is an enlarged view showing a region near the permanent magnets constituting the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 2, and is a sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 7 is an enlarged view showing a region near a permanent magnet constituting a modified example of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 2, and is a sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of a comparison between the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment and the conventional permanent magnet synchronous motor with respect to the d-axis inductance Ld and the induced voltage drop rate after demagnetization.
  • FIG. 2 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of a conventional permanent magnet synchronous motor.
  • FIG. 3 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment. Comparison of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1, the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 2, and the permanent magnet synchronous motor according to a modification of Embodiment 2 regarding the induced voltage drop rate after demagnetization. It is a figure showing the comparison result.
  • FIG. 1 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of a conventional permanent magnet synchronous motor.
  • FIG. 3 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment.
  • 7 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of a permanent magnet synchronous motor according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of a permanent magnet synchronous motor according to a modification of Embodiment 2.
  • FIG. 7 is an enlarged view showing a region near the permanent magnets constituting a modification of the permanent magnet synchronous motor according to the second embodiment, and is a sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 7 is an enlarged view showing a region near a permanent magnet constituting a modified example of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 2, and is a sectional view seen in the axial direction.
  • 7 is a diagram showing a comparison result of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1 and a modified example of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 2 regarding the induced voltage drop rate after demagnetization.
  • FIG. 7 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of a modification of the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of a modified example of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 2.
  • FIG. 7 is a diagram showing a demagnetization rate distribution of a modified example of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 7 is a perspective view showing a rotor that constitutes a permanent magnet synchronous motor according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a rotor core that constitutes a permanent magnet synchronous motor according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a comparison result between the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 3 and a conventional permanent magnet synchronous motor with regard to torque ripple.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a rotor that constitutes a permanent magnet synchronous motor according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a rotor core that constitutes a permanent magnet synchronous motor according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of a comparison between the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 4 and a conventional permanent magnet synchronous motor with regard to torque ripple.
  • FIG. 7 is a diagram showing a comparison result of a permanent magnet synchronous motor according to a fourth embodiment and a conventional permanent magnet synchronous motor with respect to d-axis inductance Ld.
  • FIGS. 1A to 21 A permanent magnet synchronous motor according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 21.
  • the permanent magnet synchronous motor may be simply referred to as an electric motor.
  • FIGS. 1 to 21 the same or similar components are given the same reference numerals.
  • the drawings schematically or conceptually illustrate embodiments. The relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between parts, etc. shown in the drawings are not necessarily the same as those of the actual member. Illustrations of configurations that are not related to the features of the present disclosure may be omitted.
  • an X direction, a Y direction, and a Z direction corresponding to a three-dimensional orthogonal coordinate system are shown (symbols X, Y, and Z).
  • the Z direction coincides with the axial direction of the permanent magnet synchronous motor.
  • the Z direction corresponds to the axial direction in which the rotating shaft located at the axial center of the rotor extends.
  • the Z direction can also be referred to as the vertical direction in the two-stage skew structure.
  • the X direction and the Y direction intersect (eg, are orthogonal to) the Z direction.
  • the X direction and the Y direction intersect (for example, are orthogonal to each other).
  • circumferential direction and radial direction correspond to the “circumferential direction” and “radial direction” of the stator or rotor that constitute the permanent magnet synchronous motor, respectively.
  • the term “circumferential direction” corresponds to the rotational direction of the rotor. In other words, in a cross-sectional view viewed in the axial direction, the circumferential direction is the circumferential direction around the rotation axis of the rotor.
  • radial means in the radial direction of the rotor.
  • radially outward means a direction from the center of the rotor toward the outer circumference in the radial direction.
  • radially inward means a direction from the outer peripheral portion of the rotor toward the center in the radial direction.
  • FIG. 1A and 1B are cross-sectional views showing a permanent magnet synchronous motor 100 according to the first embodiment.
  • Permanent magnet synchronous motor 100 has a two-stage skew structure.
  • FIG. 1A shows a cross section of one of the two-stage skew structures.
  • FIG. 1B shows a cross section of the other step structure of the two-step skew structure.
  • FIG. 1A shows an upper stage structure of a two-stage skew structure.
  • FIG. 1B shows the structure of the lower stage of the two-stage skew structure.
  • the symbol CL indicates the center line of the permanent magnet synchronous motor 100.
  • the symbol O indicates the axial center of a rotating shaft 23, which will be described later.
  • the positions of the center line CL and the axis center O are the same in FIGS. 1A and 1B.
  • the center line CL corresponds to the d-axis of the permanent magnet synchronous motor 100.
  • the d-axis position may be referred to as d-axis position d1.
  • the symbol S is a magnet center line that extends radially outward from the axial center O and passes through the circumferential center point of the permanent magnet 22, which will be described later. That is, the magnet center line S passes through a circumferential center point C on the stator facing surface 26, which will be described later.
  • the skew structure on the upper stage side and the skew structure on the lower stage side are shifted in the circumferential direction by a skew angle ⁇ .
  • the shape of the skew structure shown in FIG. 1A is similar to the shape of the skew structure shown in FIG. 1B. Therefore, the structure of the permanent magnet synchronous motor 100 will be explained using FIG. 1A.
  • the skew angle ⁇ will be described later.
  • a permanent magnet synchronous motor 100 includes a stator 10 and a rotor 20.
  • the circumferential centers of the magnets in the stages arranged in the Z direction are offset from the center of the rotating shaft 23 of the rotor 20 by a skew angle ⁇ in the circumferential direction.
  • the permanent magnet synchronous motor 100 has a so-called stepped skew structure.
  • Each of the plurality of stages constituting the stage skew structure may be referred to as "each stage".
  • the skew structure on the upper stage side is sometimes simply referred to as "upper stage,” and the skew structure on the lower stage side is sometimes simply referred to as “lower stage.” .
  • the words “upper stage” and “lower stage” are used to simplify the explanation, and do not define the vertical direction of the permanent magnet synchronous motor 100.
  • the skew structure on the upper stage side may be referred to as a first skew structure
  • the skew structure on the lower stage side may be referred to as a second skew structure.
  • the first skew structure and the second skew structure are aligned in the Z direction.
  • the stator 10 is arranged so as to surround the outer periphery of the rotor 20 with an air gap 15 serving as a magnetic gap interposed therebetween.
  • Stator 10 includes a stator core 11 and windings 14.
  • the stator core 11 includes a core back 12 formed in an annular shape in the circumferential direction, and a plurality of teeth 13 protruding from the core back 12 toward the inside in the radial direction.
  • the winding 14 is wound around each of the plurality of teeth 13.
  • the winding 14 wound around the teeth 13 may be referred to as a coil section. In the example shown in FIG. 1A, one coil portion is provided in one tooth 13.
  • the number of teeth 13 is twelve.
  • the number of teeth 13 is not limited to 12, but is appropriately determined according to the design of permanent magnet synchronous motor 100.
  • the core back 12 is configured by connecting a plurality of core blocks, each of which is formed in an arc shape, in an annular shape.
  • the structure of the core back 12 is not limited to the structure shown in FIG. 1A.
  • the core back 12 may be configured by integrally forming a plurality of core blocks. Further, the core back 12 and teeth 13 may be separated.
  • the rotor 20 includes a rotor core 21, a rotating shaft 23, and a plurality of permanent magnets 22.
  • the rotor core 21 is constructed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the Z direction.
  • the electromagnetic steel plate can also be referred to as a core plate, for example.
  • the rotating shaft 23 is fixed to the rotor core 21 so as to pass through the rotor core 21 in the Z direction.
  • the rotating shaft 23 can also be called a shaft.
  • Such a rotor 20 is arranged inside the permanent magnet synchronous motor 100 so as to be freely rotatable with respect to the stator 10.
  • the rotor core 21 has a convex portion 24 that protrudes in the radial direction.
  • the convex portion 24 protrudes radially outward toward the stator 10.
  • the shape of the convex portion 24 is rectangular.
  • the number of protrusions 24 is eight, depending on the number of the plurality of permanent magnets 22.
  • the number of convex portions 24 may be one or more.
  • the plurality of permanent magnets 22 are arranged on the outer peripheral surface 28 of the rotor core 21 in the circumferential direction.
  • a permanent magnet synchronous motor 100 including such a plurality of permanent magnets 22 is an example of a surface magnet motor (SPM).
  • Each of the plurality of permanent magnets 22 has a stator facing surface 26 and a rotor core fixing surface 27.
  • Stator facing surface 26 faces stator 10 with gap 15 in between.
  • the stator facing surface 26 has an arcuate shape.
  • the rotor core fixing surface 27 is located on the opposite side from the stator facing surface 26.
  • the rotor core fixing surface 27 is fixed to the outer peripheral surface 28 of the rotor core 21.
  • the recess 25 is provided in a part of the rotor core fixing surface 27. In other words, the recess 25 is connected to a part of the rotor core fixing surface 27.
  • the concave portion 25 fits into the convex portion 24 .
  • the shape of the concave portion 25 is rectangular like the convex portion 24.
  • the rotor core fixing surface 27 has a first region 27F and a second region 27S. Each of the first region 27F and the second region 27S is fixed to the outer peripheral surface 28 of the rotor core 21.
  • the recess 25 is located between the first region 27F and the second region 27S.
  • the plurality of permanent magnets 22 are arranged in the circumferential direction of the rotor 20.
  • the polarities of the stator facing surfaces 26 of two adjacent permanent magnets 22 among the plurality of permanent magnets 22 are different from each other. For example, if the polarity of one stator facing surface 26 of two circumferentially adjacent permanent magnets 22 is N pole, the other stator facing surface 26 is magnetized in different directions such that it becomes S pole.
  • a plurality of permanent magnets 22 are arranged.
  • FIG. 1A shows a so-called 8-pole, 12-slot permanent magnet synchronous motor.
  • the combination of the numbers of the plurality of permanent magnets 22, teeth 13, and coil parts does not have to be limited to this. Further, in the example shown in FIG. 1A, the number of teeth 13 and the number of coil parts are the same, but the number of teeth 13 and the number of coil parts may be different.
  • each of the plurality of permanent magnets 22 in the circumferential direction shifts in the circumferential direction as it progresses in the axial direction.
  • the skew angle ⁇ is between the upper permanent magnet 22 and the lower permanent magnet 22 in the stepped skew structure, the recesses 25 are shifted in different directions by the amount of shift ⁇ of the permanent magnets 22 shown in the same cross-sectional view. .
  • the plurality of permanent magnets 22 include a first magnet group 41 and a second magnet group 42 that are adjacent to each other in the Z direction.
  • FIG. 1A shows a first magnet group 41.
  • FIG. 1B shows a second magnet group 42.
  • the rotor 20 has a stepped skew structure.
  • each of the plurality of permanent magnets 22 constituting the first magnet group 41 may be referred to as a first permanent magnet 22A.
  • Each of the plurality of permanent magnets 22 constituting the second magnet group 42 may be referred to as a second permanent magnet 22B.
  • the first permanent magnets 22A constituting the first magnet group 41 are arranged so as to deviate from the center line CL by a deviation amount of ⁇ /2 in the counterclockwise direction of the circumferential direction. That is, in the counterclockwise direction, the magnet center line S shown in FIG. 1A is shifted from the center line CL by a shift amount of ⁇ /2. That is, the first permanent magnets 22A constituting the first magnet group 41 are offset by ⁇ /2 with respect to the d-axis of the permanent magnet synchronous motor 100 in the counterclockwise direction of the circumferential direction.
  • the second permanent magnets 22B constituting the second magnet group 42 are arranged so as to be offset from the center line CL by a shift amount of ⁇ /2 in the clockwise direction of the circumferential direction. That is, in the clockwise direction, the magnet center line S shown in FIG. 1B deviates from the center line CL by a deviation amount of ⁇ /2. That is, the second permanent magnets 22B constituting the second magnet group 42 are offset by ⁇ /2 with respect to the d-axis of the permanent magnet synchronous motor 100 in the clockwise direction of the circumferential direction.
  • the second permanent magnet 22B making up the second magnet group 42 is shifted by the amount of deviation with respect to the first permanent magnet 22A making up the first magnet group 41. It is shifted by ⁇ (skew angle ⁇ ) in the circumferential direction.
  • the permanent magnet 22 shown in FIG. 2A corresponds to the first permanent magnet 22A shown in FIG. 1. However, if the permanent magnet shown in FIG. 2A is reversed in the left-right direction, the permanent magnet 22 shown in FIG. 2A becomes a second permanent magnet 22B. Therefore, in FIG. 2A, description of the second permanent magnet 22B is omitted.
  • FIG. 2A is an enlarged view of a region near the permanent magnet 22, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 2A is an enlarged view showing a portion surrounded by a broken line A in FIG. 1A.
  • a magnet center line S extending radially outward from the axial center O of the rotating shaft 23 and passing through the circumferential center point C of the permanent magnet 22 is defined as the circumferential center position CP of the permanent magnet 22. do.
  • the center point C is located at the center of the stator facing surface 26 of the permanent magnet 22 in the circumferential direction.
  • the center point C is located at the portion of the stator facing surface 26 having a circular arc shape that is closest to the teeth 13.
  • a line passing through the center of the protrusion 24 and parallel to the magnet center line S is defined as a protrusion center position TP.
  • the protrusion center position TP can also be referred to as the center of the protrusion 24 .
  • the protrusion center position TP is located at the center between the first recess end 35 and the second recess end 36.
  • Each of the plurality of permanent magnets 22 has a first magnet end 31 connected to the rotor core fixing surface 27 and a second magnet end 32 connected to the rotor core fixing surface 27 in the circumferential direction.
  • the second magnet end 32 is located on the opposite side of the first magnet end 31 with respect to the circumferential center position CP.
  • the permanent magnet 22 has a first side surface 33 and a second side surface 34 located on opposite sides in the circumferential direction.
  • the first magnet end 31 corresponds to a portion where the first side surface 33 and the rotor core fixing surface 27 are connected.
  • the second magnet end 32 corresponds to a portion where the second side surface 34 and the rotor core fixing surface 27 are connected.
  • Each of the recesses 25 of the plurality of permanent magnets 22 has a first recess end 35 connected to the rotor core fixing surface 27 and a second recess end 35 connected to the rotor core fixing surface 27 and located on the opposite side of the first recess end 35 in the circumferential direction. It has a recessed end 36.
  • the first region 27F of the rotor core fixing surface 27 is located between the first magnet end 31 and the first recess end 35.
  • the second region 27S of the rotor core fixing surface 27 is located between the second magnet end 32 and the second recess end 36.
  • the first region 27F is a surface formed between the first magnet end 31 and the first recess end 35.
  • the second region 27S is a surface formed between the second magnet end 32 and the second recess end 36.
  • the first region 27F and the second region 27S are located on both sides of the recess 25.
  • the distance between the first magnet end 31 and the first recess end 35 in the first region 27F is L1
  • the distance between the second magnet end 32 and the second recess end 36 in the second region 27S is L2.
  • L1 ⁇ L2 is satisfied.
  • each of the plurality of permanent magnets 22 satisfies L1 ⁇ L2 and L1>L2.
  • the magnet center line S intersects the first region 27F.
  • the magnet center line S intersects the line connecting the first magnet end 31 and the first recess end 35.
  • the magnet center line S which is offset by ⁇ /2 from the center line CL in the counterclockwise direction, intersects the first region 27F of the permanent magnet 22.
  • a magnet center line S shifted clockwise from the center line CL by an amount of shift of ⁇ /2 intersects the first region 27F of the permanent magnet 22.
  • FIG. 2B is a partial cross-sectional view showing a state in which the first permanent magnet 22A and the second permanent magnet 22B overlap when viewed in the Z direction.
  • the first permanent magnet 22A is shown by a solid line
  • the second permanent magnet 22B is shown by a dotted line.
  • the first permanent magnet 22A has a first rotor core fixing surface 27A fixed to the outer peripheral surface 28 of the rotor core 21.
  • the first rotor core fixing surface 27A is a surface corresponding to the rotor core fixing surface 27. Therefore, as shown in FIG. 2A, the first rotor core fixing surface 27A has a first region 27F having a distance L1 and a first recessed end 35, and a second region 27F having a distance L2 and a second recessed end 36. 27S.
  • the second permanent magnet 22B has a second rotor core fixing surface 27B fixed to the outer peripheral surface 28 of the rotor core 21.
  • the second rotor core fixing surface 27B is a surface corresponding to the rotor core fixing surface 27. Therefore, as shown in FIG. 2A, the second rotor core fixing surface 27B has a first region 27F having a distance L1 and a first recessed end 35, and a second region 27F having a distance L2 and a second recessed end 36. 27S.
  • the circumferential center point of the first permanent magnet 22A is defined as a first center point C1.
  • the first center point C1 corresponds to the circumferential center point of the stator facing surface 26 of the first permanent magnet 22A.
  • the circumferential center point of the second permanent magnet 22B is defined as a second center point C2.
  • the second center point C2 corresponds to the circumferential center point of the stator-facing surface 26 of the second permanent magnet 22B.
  • a line extending radially outward from the axial center O of the rotating shaft 23, passing through the first center point C1, and intersecting the first region 27F of the first permanent magnet 22A is defined as a first magnet center line S1.
  • a line extending radially outward from the axial center O of the rotating shaft 23, passing through the second center point C2, and intersecting the first region 27F of the second permanent magnet 22B is defined as a second magnet center line S2.
  • the midpoint between the first recessed end 35 and the second recessed end 36 of the first permanent magnet 22A in the direction 27AD parallel to the first rotor core fixing surface 27A is defined as a first midpoint 37A.
  • the midpoint between the first recessed end 35 and the second recessed end 36 of the second permanent magnet 22B in the direction 27BD parallel to the second rotor core fixing surface 27B is defined as a second midpoint 37B.
  • a line extending radially outward from the axial center O of the rotating shaft 23 and passing through the first midpoint 37A is defined as a first recess center line N1.
  • a line extending radially outward from the axial center O of the rotating shaft 23 and passing through the second midpoint 37B is defined as a second recess center line N2.
  • the angle between the first magnet center line S1 and the second magnet center line S2 is the skew angle ⁇ .
  • the angle between the first recess center line N1 and the second recess center line N2 is the recess center-to-center angle M.
  • the angle M between the centers of the recesses is smaller than the skew angle ⁇ .
  • L1 ⁇ L2 and L1>L2 are satisfied.
  • the value obtained by dividing L1 by L2, that is, the value of L1/L2 is within the range of 1.0 ⁇ L1/L2 ⁇ 1.6.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a region near a permanent magnet that constitutes a conventional permanent magnet synchronous motor, and is a cross-sectional view viewed in the axial direction.
  • illustration of the stator is omitted.
  • configurations that are not described are similar to those in FIG. 1A.
  • a conventional permanent magnet synchronous motor has a permanent magnet 122 fixed to a stator.
  • the convex portion 124 of the stator of a conventional permanent magnet synchronous motor engages with the concave portion 125 of the permanent magnet 122 .
  • Vd is the d-axis voltage.
  • Vq is the q-axis voltage.
  • R is phase resistance.
  • Id is the d-axis current.
  • Iq is the q-axis current.
  • ⁇ m is the magnet magnetic flux.
  • Ld is the d-axis inductance.
  • Lq is the q-axis inductance.
  • ⁇ is the angular velocity.
  • f is the frequency.
  • N is the number of revolutions per minute.
  • pn is the pole logarithm.
  • the torque T output by the SPM type permanent magnet synchronous motor is generally expressed by the following formula.
  • the d-axis inductance Ld can be increased.
  • the torque T generated according to equation (6) includes harmonic pulsations, and this torque pulsation is called torque ripple. Since torque ripple causes vibration or noise, it is common to take measures to reduce it.
  • stage skew As one of the countermeasures against this problem, a method is known in which a structure called stage skew is applied to the rotor structure.
  • This structure is composed of two or more stages of rotors, and when the circumferential center positions of the permanent magnets of each stage are compared, there is an angular difference, and this angular difference is called a skew angle. By adjusting this angle difference, it becomes possible to reduce torque ripple in the entire electric motor.
  • Embodiment 1 solves the problems of conventional permanent magnet synchronous motors. Specifically, as shown in FIG. 2A, a structure that satisfies L1 ⁇ L2 is obtained by shifting the convex portion 24 from the circumferential center position CP of the magnet in a direction opposite to the skew direction.
  • the vertical axis shows the d-axis inductance Ld
  • the horizontal axis shows the shape of the recess.
  • “Rectangular” is the shape of the recess shown in FIGS. 2A and 3.
  • "Sawtooth type” refers to the shape of one tooth constituting a saw with multiple teeth.
  • the "arc” indicates a substantially U-shape or a substantially C-shape.
  • the "sawtooth shape” corresponds to the shape shown in Modification 1A, which will be described later.
  • the "arc” corresponds to the shape shown in Modified Example 1B, which will be described later.
  • the d-axis inductance Ld can be increased more than in the conventional permanent magnet synchronous motor.
  • the permanent magnet synchronous motor 100 includes a first magnet group 41 and a second magnet group 42 that are adjacent to each other in the Z direction, and the rotor 20 has a step skew between the first magnet group 41 and the second magnet group 42. Has a structure. Thereby, the d-axis inductance Ld can be efficiently improved.
  • the angle M between the centers of the recesses is smaller than the skew angle ⁇ . Further, L1 ⁇ L2 and L1>L2 are satisfied. Furthermore, the value of L1/L2 is within the range of 1.0 ⁇ L1/L2 ⁇ 1.6. Therefore, the d-axis inductance Ld can be improved more efficiently.
  • FIG. 5 is an enlarged view showing a region near a permanent magnet constituting Modification Example 1A, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • the recess 25 has a first bottom end 51 and a second bottom end 52.
  • Each of the first bottom end 51 and the second bottom end 52 forms a bottom 50 of the recess 25 .
  • the second bottom end 52 is spaced apart from the first bottom end 51.
  • the d-axis inductance Ld can be increased more than the conventional permanent magnet synchronous motor.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a region near a permanent magnet constituting Modified Example 1B, and is a cross-sectional view seen in the axial direction. As shown in FIG. 6, the surface 53 forming the bottom 50 of the recess 25 has an arc shape. Furthermore, in this modification, L1 ⁇ L2 is satisfied.
  • the d-axis inductance Ld can be increased more than in the conventional permanent magnet synchronous motor.
  • Embodiment 2 A permanent magnet synchronous motor according to a second embodiment will be described.
  • the same members as those in the above-described embodiment and modifications are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • FIG. 7A is an enlarged view of a region near the permanent magnet 22, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 7A corresponds to FIG. 2A and is an enlarged view showing a portion surrounded by a broken line A in FIG. 1A.
  • the permanent magnet synchronous motor according to the second embodiment includes a stator 10 and a rotor 20, as in FIG. 1.
  • the permanent magnet synchronous motor according to the second embodiment is different from the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment in that an inclined surface connected to the second bottom end 52 is formed inside the recess 25. Different from electric motors.
  • the recess 25 has a first bottom end 51 and a second bottom end 52. Each of the first bottom end 51 and the second bottom end 52 forms a bottom 50 of the recess 25 .
  • the second bottom end 52 is spaced apart from the first bottom end 51.
  • the recess 25 has a first inner wall 61 and a second inner wall 62.
  • the first inner wall 61 is formed between the first recess end 35 and the first bottom end 51 and extends in the radial direction.
  • the second inner wall 62 is formed between the second recess end 36 and the second bottom end 52.
  • the second inner wall 62 has a vertical surface 63 and an inclined surface 64.
  • the vertical surface 63 is connected to the second recessed end 36 and extends in the radial direction.
  • the inclined surface 64 is connected to the vertical surface 63 and the second bottom end 52, and is inclined with respect to the vertical surface 63 and extends linearly.
  • L1 ⁇ L2 and L1>L2 are satisfied.
  • the value obtained by dividing L1 by L2, that is, the value of L1/L2, is within the range of 1.0 ⁇ L1/L2 ⁇ 1.6.
  • FIG. 7B is an enlarged view of a region near the permanent magnet 22, and is a cross-sectional view seen in the axial direction.
  • FIG. 7B corresponds to FIG. 2A and is an enlarged view showing a portion surrounded by a broken line A in FIG. 1A.
  • the permanent magnet synchronous motor according to modification 2A is configured by a stator 10 and a rotor 20 similarly to FIG. 1.
  • the permanent magnet synchronous motor according to Modification 2A is different from the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1 in that a curved surface connected to the second bottom end 52 is formed inside the recess 25. is different.
  • the recess 25 has a first bottom end 51 and a second bottom end 52. Each of the first bottom end 51 and the second bottom end 52 forms a bottom 50 of the recess 25 .
  • the second bottom end 52 is spaced apart from the first bottom end 51.
  • the recess 25 has a first inner wall 61 and a second inner wall 62.
  • the first inner wall 61 is formed between the first recess end 35 and the first bottom end 51 and extends in the radial direction.
  • the second inner wall 62 is formed between the second recess end 36 and the second bottom end 52.
  • the second inner wall 62 has a curved surface 65 that is connected to the second bottom end 52 .
  • L1 ⁇ L2 and L1>L2 are satisfied.
  • the value obtained by dividing L1 by L2, that is, the value of L1/L2, is within the range of 1.0 ⁇ L1/L2 ⁇ 1.6.
  • the shape of the convex portion 24 of the rotor core 21 is rectangular, and the convex center position TP of the convex portion 24 is offset from the circumferential center of the permanent magnet 22.
  • the outer shape of the stator facing surface 26 is an arc. In this case, at the corner of the convex portion 24, in other words, at the second bottom end 52 of the recess 25, the distance between the stator facing surface 26 and the second bottom end 52 becomes extremely short.
  • irreversible demagnetization occurs in which the residual magnetic flux density Br of the permanent magnet decreases due to the effect of temperature rise of the permanent magnet or the effect of a demagnetizing field in which the magnetic field from the stator is applied to the permanent magnet in the opposite direction to the magnetization direction.
  • the ease with which such an irreversible demagnetization phenomenon occurs is related to the coercive force of the permanent magnet and the permeance coefficient Pc determined by the magnetic circuit.
  • the permeance coefficient Pc depends on the thickness of the magnet in the magnetization direction and the magnetic resistance. In a magnetic circuit such as a permanent magnet synchronous motor in which the magnetic gap between the stator and rotor is narrow, the permeance coefficient Pc can be approximately determined by the following equation.
  • Hm is the thickness of the permanent magnet in the magnetization direction.
  • gm is the magnetic gap between the stator and rotor. From equation (7), Pc decreases as the thickness Hm of the permanent magnet in the magnetization direction decreases. This decrease in Pc affects the ease with which irreversible demagnetization occurs.
  • FIG. 8 is a diagram showing the results of a comparison between the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment and the conventional permanent magnet synchronous motor in terms of the d-axis inductance Ld and the induced voltage drop rate after demagnetization.
  • the amount of increase in the d-axis inductance Ld is saturated.
  • the amount of increase in the induced voltage drop rate is not saturated.
  • FIG. 9A and 9B are results obtained by calculating the demagnetization rate distribution using magnetic field analysis of the demagnetized state.
  • FIG. 9B is a diagram showing the demagnetization rate distribution of the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment. In FIG. 9B, the conditions for the permanent magnet are satisfied: L1 ⁇ L2 and L1/L2>1.6.
  • regions indicated by symbols 70, 71, and 72 indicate the progress of demagnetization.
  • the region indicated by 70 indicates that the amount of progress of demagnetization is the smallest.
  • the region indicated by 72 indicates that the amount of demagnetization has progressed the most.
  • the area indicated by numeral 71 shows that the amount of demagnetization has progressed more than the area indicated by numeral 70, and the amount of demagnetization has progressed less than the area indicated by numeral 72.
  • a region 72 is generated in a portion where the distance between the second bottom end 52 of the recess 25 and the stator facing surface 26 is short. In other words, it can be seen that as the distance between the corner of the convex portion 24 and the stator facing surface 26 becomes shorter, the range in which demagnetization progresses is expanded.
  • FIG. 10 compares the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1, the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 2, and the permanent magnet synchronous motor according to Modification 2A with respect to the induced voltage drop rate after demagnetization. It is a figure showing the comparison result.
  • the induced voltage drop rate of the permanent magnet 22 of the first embodiment is standardized as 1.0. Specifically, “no inclined surface, no curved surface” corresponds to the first embodiment. Moreover, “with inclined surface” corresponds to the second embodiment. Furthermore, “with curved surface” corresponds to modification example 2A.
  • the second embodiment which uses the permanent magnet 22 having the inclined surface 64, has a lower induced voltage drop rate than the first embodiment.
  • the modified example 2A using the permanent magnet 22 having the curved surface 65 has a lower induced voltage drop rate than the first embodiment.
  • FIGS. 11A to 11C are results obtained by calculating the demagnetization rate distribution using magnetic field analysis of the demagnetized state.
  • FIG. 11A is a diagram showing the demagnetization rate distribution of the permanent magnet 22 according to the first embodiment.
  • FIG. 11B is a diagram showing the demagnetization rate distribution of the permanent magnet 22 according to the second embodiment.
  • FIG. 11C is a diagram showing the demagnetization rate distribution of the permanent magnet 22 according to modification 2A.
  • regions indicated by symbols 70, 71, and 72 indicate the progress of demagnetization.
  • the region indicated by 70 indicates that the amount of progress of demagnetization is the smallest.
  • the region indicated by 72 indicates that the amount of demagnetization has progressed the most.
  • the area indicated by numeral 71 shows that the amount of demagnetization has progressed more than the area indicated by numeral 70, and the amount of demagnetization has progressed less than the area indicated by numeral 72.
  • Embodiment 2 and Modification 2A even when performing flux weakening control, it is possible to increase the output of the electric motor. Further, since L1/L2 is within the range satisfying 1.0 ⁇ L1/L2 ⁇ 1.6, the demagnetization resistance can be improved. In other words, it is possible to both increase the output of the electric motor and improve the demagnetization resistance.
  • FIG. 12A is an enlarged view of a region near a permanent magnet constituting Modification 2B, and is a cross-sectional view viewed in the axial direction.
  • the recess 25 has a first bottom end 51 and a second bottom end 52.
  • Each of the first bottom end 51 and the second bottom end 52 forms a bottom 50 of the recess 25 .
  • the second bottom end 52 is spaced apart from the first bottom end 51.
  • H1 ⁇ H2 is satisfied.
  • H1 ⁇ H2 is satisfied.
  • L1 ⁇ L2 is satisfied.
  • the value of L1/L2 is within the range of 1.0 ⁇ L1/L2 ⁇ 1.6.
  • the recess 25 has a first inner wall 61 and a second inner wall 62.
  • the first inner wall 61 is formed between the first recess end 35 and the first bottom end 51 and extends in the radial direction.
  • the second inner wall 62 is formed between the second recess end 36 and the second bottom end 52.
  • the second inner wall 62 has a vertical surface 63 and an inclined surface 64.
  • the vertical surface 63 is connected to the second recessed end 36 and extends in the radial direction.
  • the inclined surface 64 is connected to the vertical surface 63 and the second bottom end 52, and is inclined with respect to the vertical surface 63 and extends linearly.
  • FIG. 12B is an enlarged view of a region near a permanent magnet constituting Modification Example 2C, and is a cross-sectional view viewed in the axial direction. Similar to FIG. 12A, FIG. 12B satisfies H1 ⁇ H2, H1 ⁇ H2, and L1 ⁇ L2. The value of L1/L2 is within the range of 1.0 ⁇ L1/L2 ⁇ 1.6.
  • the recess 25 has a first inner wall 61 and a second inner wall 62.
  • the first inner wall 61 is formed between the first recess end 35 and the first bottom end 51 and extends in the radial direction.
  • the second inner wall 62 is formed between the second recess end 36 and the second bottom end 52.
  • the second inner wall 62 has a curved surface 65 connected to the second bottom end 52.
  • FIG. 13 shows a comparison of the permanent magnet synchronous motor according to Modification Example 1A, the permanent magnet synchronous motor according to Modification Example 2B, and the permanent magnet synchronous motor according to Modification Example 2C with respect to the rate of decrease in induced voltage after demagnetization. It is a figure showing a result.
  • the induced voltage drop rate of the permanent magnet 22 of modification 1A is standardized as 1.0.
  • "no inclined surface, no curved surface” corresponds to modification 1A.
  • H1 ⁇ H2 is satisfied as described above, but an inclined surface or a curved surface is not formed in the recessed portion 25.
  • “with inclined surface” corresponds to modification 2B.
  • “with curved surface” corresponds to modification example 2C.
  • Modification 2B which uses a permanent magnet 22 having an inclined surface 64, has a lower induced voltage drop rate than Modification 1A.
  • the modified example 2C using the permanent magnet 22 having the curved surface 65 has a lower induced voltage drop rate than the modified example 1A.
  • FIG. 14A to 14C are results obtained by calculating the demagnetization rate distribution using magnetic field analysis of the demagnetized state.
  • FIG. 14A is a diagram showing the demagnetization rate distribution of the permanent magnet 22 according to modification 1A.
  • FIG. 14B is a diagram showing the demagnetization rate distribution of the permanent magnet 22 according to Modification 2B.
  • FIG. 14C is a diagram showing the demagnetization rate distribution of the permanent magnet 22 according to Modification 2C.
  • regions indicated by symbols 70, 71, and 72 indicate the progress of demagnetization.
  • the region indicated by 70 indicates that the amount of progress of demagnetization is the smallest.
  • the region indicated by 72 indicates that the amount of demagnetization has progressed the most.
  • the area indicated by numeral 71 shows that the amount of demagnetization has progressed more than the area indicated by numeral 70, and the amount of demagnetization has progressed less than the area indicated by numeral 72.
  • Embodiment 3 A permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 3 will be described.
  • the same members as those in the above-described embodiment and modified examples are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 3.
  • FIG. 16 is a perspective view showing only the rotor core 21 including the convex portion 24. As shown in FIG. In other words, FIG. 16 shows a state in which the plurality of permanent magnets 22 are removed from the permanent magnet synchronous motor.
  • the permanent magnet synchronous motor according to the third embodiment is different from the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment in that the circumferential center positions CP of the permanent magnets 22 are the same in the upper and lower stages. This is different from a magnet synchronous motor.
  • the stator facing surfaces 26 of the permanent magnets 22 that are lined up in the Z direction in which the rotating shaft 23 extends are aligned with each other in the Z direction. There is no skew between the permanent magnets 22 arranged in the Z direction. Only the concave portions 25 of the plurality of permanent magnets 22 and the convex portions of the rotor core 21 are skewed.
  • the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 3 will be explained in more detail.
  • the permanent magnet synchronous motor according to the third embodiment includes an upper section 100U and a lower section 100L adjacent to the upper section 100U in the Z direction.
  • the upper section 100U is an example of a first rotor section.
  • the lower section 100L is an example of the second rotor section.
  • the plurality of permanent magnets 22 include a first magnet group 41 arranged in the upper part 100U and a second magnet group 42 arranged in the upper part 100U.
  • Each of the plurality of permanent magnets 22 constituting the first magnet group 41 is the first permanent magnet described above.
  • Each of the plurality of permanent magnets 22 constituting the second magnet group 42 is the second permanent magnet described above.
  • the stator facing surfaces 26 of the first permanent magnets forming the first magnet group 41 and the stator facing surfaces 26 of the second permanent magnets forming the second magnet group 42 coincide with each other in the Z direction.
  • the convex portion 24 of the rotor core 21 includes a first convex portion 24U disposed on the upper stage portion 100U and a second convex portion 24L disposed on the lower stage portion 100L.
  • the first convex portion 24U fits into the recess 25 of the first permanent magnet that constitutes the first magnet group 41.
  • the second convex portion 24L fits into the recess 25 of the second permanent magnet that constitutes the second magnet group 42.
  • the second convex portion 24L is offset from the first convex portion 24U by a skew angle.
  • the position of the first convex part 24U (24) in the circumferential direction of the upper stage part 100U and the position of the second convex part 24L (24) in the circumferential direction of the lower stage part 100L are as shown in FIG. 2A. , it is shifted from the circumferential center position CP of the permanent magnet 22.
  • the position of the first convex part 24U in the circumferential direction of the upper stage part 100U and the position of the second convex part 24L in the circumferential direction of the lower stage part 100L are mirror-symmetrical with respect to the circumferential center position CP of the permanent magnet 22.
  • the rotor manufacturing process of the permanent magnet synchronous motor includes a magnetization process of attaching the permanent magnets 22 to the rotor core 21.
  • Embodiment 3 solves the above problems. As shown in FIG. 16, the position of the first convex part 24U (24) in the circumferential direction of the upper stage part 100U and the position of the second convex part 24L (24) in the circumferential direction of the lower stage part 100L are at the circumferential center position CP. It has mirror symmetry. Due to the influence of the position of the convex portion 24, a phase difference occurs between the harmonic components of the permanent magnet magnetic flux in the upper stage portion 100U and the lower stage portion 100L.
  • the third embodiment it is possible to reduce the number of man-hours required for the magnetization process. Furthermore, even when performing magnetic flux weakening control as in the conventional case, it is possible to increase the output of the electric motor or reduce torque ripple.
  • Embodiment 4 A permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 4 will be described.
  • the same members as those in the above-described embodiment and modified examples are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 4.
  • FIG. 19 is a perspective view showing only the rotor core 21 including the convex portion 24. As shown in FIG. In other words, FIG. 19 shows a state in which the plurality of permanent magnets 22 are removed from the permanent magnet synchronous motor.
  • the permanent magnet synchronous motor according to the fourth embodiment is different from the permanent magnet synchronous motor according to the first embodiment in that the positions of the convex portions 24 of the rotor core in the upper and lower stages are the same in the circumferential direction. This is different from a permanent magnet synchronous motor.
  • the positions of the convex portions 24 in the rotor core 21 are aligned in the Z direction, and only the concave portions 25 of the permanent magnets 22 are skewed. Further, as shown in FIG. 18, in each of the upper and lower stages, the position of the recess 25 of the permanent magnet 22 in the circumferential direction is shifted from the circumferential center position CP of the permanent magnet 22, and L1 ⁇ L2 is satisfied.
  • the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 4 will be explained in more detail.
  • the permanent magnet synchronous motor according to the fourth embodiment includes an upper stage section 100U and a lower stage section 100L adjacent to the upper stage section 100U in the Z direction.
  • the plurality of permanent magnets 22 include a first magnet group 41 arranged in the upper part 100U and a second magnet group 42 arranged in the upper part 100U.
  • Each of the plurality of permanent magnets 22 constituting the first magnet group 41 is a first permanent magnet.
  • Each of the plurality of permanent magnets 22 constituting the second magnet group 42 is a second permanent magnet.
  • the stator facing surfaces 26 of the first permanent magnets forming the first magnet group 41 are offset from the stator facing surfaces 26 of the second permanent magnets forming the second magnet group 42 in the Z direction.
  • the position of the center point C in the circumferential direction of the stator facing surface 26 of the first permanent magnet and the position of the center point C in the circumferential direction of the stator facing surface 26 of the second permanent magnet match in the axial direction. do not have.
  • the center point C in the circumferential direction of the stator facing surface 26 is explained with reference to FIG. 2A.
  • the convex portion 24 of the rotor core 21 extends continuously from the upper portion 100U to the lower portion 100L.
  • the convex portion 24 fits into the concave portion 25 of the first permanent magnet that constitutes the first magnet group 41 and the concave portion 25 of the second permanent magnet that constitutes the second magnet group 42 .
  • stator-facing surfaces 26 of the first permanent magnets forming the first magnet group 41 are offset from the stator-facing surfaces 26 of the second permanent magnets forming the second magnet group 42 by a skew angle.
  • the position of the convex part 24 in the circumferential direction of the upper stage part 100U and the position of the convex part 24 in the circumferential direction of the lower stage part 100L are mirror-symmetrical with respect to the circumferential center position CP of the permanent magnet 22.
  • Embodiment 4 solves the above problems. As shown in FIG. 19, in the circumferential direction, the convex portions 24 in the upper stage part 100U and the lower stage part 100L of the rotor core 21 are the same. Therefore, it is not necessary to manufacture the rotor core 21 so as to have the convex portions 24 divided according to each of the upper stage portion 100U and the lower stage portion 100L.
  • the position of the recess 25 of the permanent magnet 22 satisfies L1 ⁇ L2, and the circumferential center position CP of the permanent magnet 22 in each of the upper and lower stages is mirror-symmetrical with respect to the position of the recess 25, resulting in an angular difference.
  • the rotor core 21 can be integrally molded, the number of man-hours required to manufacture the rotor core 21 can be reduced.
  • Second region 28... Outer peripheral surface, 31... First magnet end, 32... Second magnet end, 33... First side surface, 34... Second side surface, 35... First recessed part end, 36... Second recessed part end, 37A... First Midpoint, 37B...Second midpoint, 41...First magnet group, 42...Second magnet group, 50...Bottom, 51...First bottom end, 52...Second bottom end, 53...Face, 61...First Inner wall, 62...Second inner wall, 63...Vertical surface, 64...Slanted surface, 65...Curved surface, 100...Permanent magnet synchronous motor, 100L...Lower section (second rotor section), 100U...Upper section (first rotor section) , 122...
  • Permanent magnet 124... Convex portion, 125... Concave portion, C... Center point, C1... First center point, C2... Second center point, CL... Center line, CP... Circumferential center position, L1, L2... Distance, M...Angle between the centers of the recesses, N1...The center line of the first recess, N2...The center line of the second recess, O...The axis center, S...The center line of the magnet, S1...The center line of the first magnet, S2...The center of the second magnet Line, TP...Convex center position, ⁇ ...Skew angle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

永久磁石同期電動機は、ステータと、ロータと、複数の永久磁石とを備える。周方向において、複数の永久磁石の各々は、第１磁石端と第２磁石端とを有する。周方向において、複数の永久磁石の各々の凹部は、第１凹部端と第２凹部端とを有する。第１磁石端と第１凹部端との間の距離をＬ１とし、かつ、第２磁石端と第２凹部端との間の距離をＬ２としたとき、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。

Description

永久磁石同期電動機
　本開示は、永久磁石同期電動機に関する。
　従来、工作機械等の産業関連の用途、電気自動車等に用いられる車載関連の用途、空調機等の圧縮機の用途として、永久磁石同期電動機が用いられている。
　永久磁石同期電動機において、電動機がトルクを出力するには、電動機が発生する端子電圧を入力電圧以下にする必要があることが知られている。例えば、永久磁石同期電動機が発生する端子電圧Ｖｔは、ｄｑ軸理論を用いて以下で表される。
　Ｖｄ＝ＲＩｄ＋ωＬｑＩｑ
　Ｖｑ＝ＲＩｑ＋ωＬｄＩｄ＋ωΦｍ
　Ｖｔ＝√（Ｖｄ２＋Ｖｑ２）
　ここで、Ｖｄは、ｄ軸電圧である。Ｖｑは、ｑ軸電圧である。Ｌｄは、ｄ軸インダクタンスである。Ｌｑは、ｑ軸インダクタンスである。Ｒは、抵抗である。Ｉｄは、ｄ軸電流である。Ｉｑは、ｑ軸電流である。ωは、角速度である。φｍは、磁石磁束である。ωφｍは、誘起電圧である。ωＬｄ、ωＬｑ、ωφｍは、回転数又は速度に比例して増大する。このため、電動機が高速で回転する状態又は電動機が高速で駆動する状態においては、端子電圧Ｖｔが増加する。
　端子電圧Ｖｔを入力電圧Ｖｉ以下とするための制御技術として、負のｄ軸電流Ｉｄを電動機に入力する弱め磁束制御が知られている。このような弱め磁束制御によれば、電動機が高速で回転する状態又は電動機が高速で駆動する状態であっても、端子電圧Ｖｔを入力電圧Ｖｉ以下になるように制御することが可能である。
　このような弱め磁束制御では、負のｄ軸電流Ｉｄを電動機に通電することにより、誘起電圧ωφｍの発生量を減少させ、高速回転時おいて端子電圧Ｖｔが飽和することを防いでいる。
　しかしながら、ｄ軸インダクタンスＬｄが小さい場合、弱め磁束制御によって端子電圧Ｖｔを抑制する機能を効果的に得られない。このため、必要以上のｄ軸電流Ｉｄを電動機に通電する必要がある。
　例えば、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、及び入力電流をＩａの間には以下の関係がある。
　Ｉａ＝√（Ｉｄ２＋Ｉｑ２）
　このため、ｄ軸電流Ｉｄの増大は、ｑ軸電流Ｉｑを減少させる。
　一般的に、表面磁石型の永久磁石同期電動機が発生するトルクＴは、極対数をｐｎとして、以下で表される。
　Ｔ＝ｐｎΦｍＩｑ
　トルクＴを発生するには、ｑ軸電流Ｉｑが必要である。このため、ｑ軸電流Ｉｑの減少は、電動機のトルクを低下させる。このため、高速回転時又は高速駆動時おいて大トルクを出力するには、小さなｄ軸電流Ｉｄで効果的な弱め磁束制御を行う必要がある。
　このような弱め磁束制御を行うために、特許文献１は、ｄ軸インダクタンスＬｄを大きくし、小さなｄ軸電流Ｉｄで効果的な弱め磁束制御を開示している。
　特許文献１においては、ロータコアの表面に配置された複数の永久磁石に嵌合するように、ロータコアから径方向に突出した突起が形成されている。これにより、ｄ軸インダクタンスＬｄを大きくし、弱め界磁制御を効果的に機能させ、高速回転時の電動機のトルク出力を改善している。
日本国特開２００９－１３１０７０号公報
　しかしながら、上記の先行技術文献においては、ｄ軸インダクタンスＬｄを増加させることを目的としたロータコアの凸部の周方向における位置は、磁極中心に位置している。また、凸部の形状は、磁極中心に対して鏡面対称な形状である。
　このような凸部を有する構造では、トルクリップルを低減するための段スキュー構造をロータに適用する場合に、各段のｄ軸位置にずれが生じる。このため、ｄ軸インダクタンスＬｄを効果的に増加させることが難しい。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ｄ軸インダクタンスＬｄを増加させ、効率的な弱め磁束制御を行うことができる永久磁石同期電動機を提供することを目的とする。
　本開示に係る永久磁石同期電動機は、ステータと、ロータと、複数の永久磁石とを備える。前記ロータは、電磁鋼板により構成されているとともに前記ステータに向かう径方向に突出した１つ以上の凸部を有するロータコアと、前記ロータコアに固定された回転軸とを備える。前記ロータは、前記ステータに対して回転自在に配置されている。複数の永久磁石の各々は、前記ステータに空隙を介して対向する円弧形状のステータ対向面と、前記ステータ対向面とは反対側に位置するとともに前記ロータコアの外周面に固定されたロータコア固定面と、前記ロータコア固定面の一部に繋がるとともに前記凸部が嵌合する凹部とを有する。複数の永久磁石は、前記ロータの周方向に並ぶ。前記周方向において、前記複数の永久磁石のうち互いに隣り合う２つの永久磁石の前記ステータ対向面の極性は、互いに異なっている。前記周方向において、前記複数の永久磁石の各々は、前記ロータコア固定面に繋がる第１磁石端と、前記ロータコア固定面に繋がるとともに前記第１磁石端とは反対側に位置する第２磁石端とを有する。前記周方向において、前記複数の永久磁石の各々の前記凹部は、前記ロータコア固定面に繋がる第１凹部端と、前記ロータコア固定面に繋がるとともに前記第１凹部端とは反対側に位置する第２凹部端とを有する。前記ロータコア固定面は、前記第１磁石端と前記第１凹部端との間に位置する第１領域と、前記第２磁石端と前記第２凹部端との間に位置する第２領域とを有する。前記凹部は、前記第１領域と前記第２領域との間に位置する。前記第１領域における前記第１磁石端と前記第１凹部端との間の距離をＬ１とし、かつ、前記第２領域における前記第２磁石端と前記第２凹部端との間の距離をＬ２としたとき、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。
　本開示に係る永久磁石同期電動機によれば、ｄ軸インダクタンスＬｄを増加させ、効率的な弱め磁束制御を行うことができる。これにより、永久磁石同期電動機の高速回転時におけるトルク出力を向上させることができる。
実施の形態１に係る永久磁石同期電動機を示す図であって、軸方向に見た断面図である。 実施の形態１に係る永久磁石同期電動機を示す図であって、軸方向に見た断面図である。 実施の形態１に係る永久磁石同期電動機を構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。 実施の形態１に係る永久磁石同期電動機を構成する２段スキュー構造において、図１Ａに示す永久磁石と図１Ｂに示す永久磁石との重なり状態を軸方向に見た部分断面図である。 従来の永久磁石同期電動機を構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。 ｄ軸インダクタンスＬｄに関し、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機と従来の永久磁石同期電動機とを比較した比較結果を示す図である。 実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の変形例を構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。 実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の変形例を構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。 実施の形態２に係る永久磁石同期電動機を構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。 実施の形態２に係る永久磁石同期電動機の変形例を構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。 ｄ軸インダクタンスＬｄと減磁後の誘起電圧低下率とに関し、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機と従来の永久磁石同期電動機とを比較した比較結果を示す図である。 従来の永久磁石同期電動機の減磁率分布を示す図である。 実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の減磁率分布を示す図である。 減磁後の誘起電圧低下率に関し、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機と、実施の形態２に係る永久磁石同期電動機と、実施の形態２の変形例に係る永久磁石同期電動機とを比較した比較結果を示す図である。 実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の減磁率分布を示す図である。 実施の形態２に係る永久磁石同期電動機の減磁率分布を示す図である。 実施の形態２の変形例に係る永久磁石同期電動機の減磁率分布を示す図である。 実施の形態２のに係る永久磁石同期電動機の変形例を構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。 実施の形態２に係る永久磁石同期電動機の変形例を構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。 減磁後の誘起電圧低下率に関し、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機と、実施の形態２に係る永久磁石同期電動機の変形例とを比較した比較結果を示す図である。 実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の変形例の減磁率分布を示す図である。 実施の形態２に係る永久磁石同期電動機の変形例の減磁率分布を示す図である。 実施の形態２に係る永久磁石同期電動機の変形例の減磁率分布を示す図である。 実施の形態３に係る永久磁石同期電動機を構成するロータを示す斜視図である。 実施の形態３に係る永久磁石同期電動機を構成するロータコアを示す斜視図である。 トルクリップルに関し、実施の形態３に係る永久磁石同期電動機と従来の永久磁石同期電動機とを比較した比較結果を示す図である。 実施の形態４に係る永久磁石同期電動機を構成するロータを示す斜視図である。 実施の形態４に係る永久磁石同期電動機を構成するロータコアを示す斜視図である。 トルクリップルに関し、実施の形態４に係る永久磁石同期電動機と従来の永久磁石同期電動機とを比較した比較結果を示す図である。 ｄ軸インダクタンスＬｄに関し、実施の形態４に係る永久磁石同期電動機と従来の永久磁石同期電動機とを比較した比較結果を示す図である。
　実施の形態に係る永久磁石同期電動機について、図１Ａ～図２１を参照して説明する。
　実施の形態の説明では、永久磁石同期電動機を単に電動機と称する場合がある。
　図１～図２１において、互いに同一又は同様の構成部分には同じ符号が付されている。
　図面は、模式的又は概念的に実施の形態を示している。図面に示されている各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率等は、必ずしも実際の部材と同一とは限らない。
　本開示の特徴に関係しない構成の図示が省略されている場合がある。
　実施の形態を説明するための用いられる図面においては、３次元直交座標系に相当するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向が示されている（符号Ｘ、Ｙ、Ｚ）。Ｚ方向は、永久磁石同期電動機の軸方向に一致している。言い換えると、Ｚ方向は、ロータの軸心に位置する回転軸が延在する軸方向に一致している。Ｚ方向を２段スキュー構造における上下方向と称することもできる。Ｘ方向及びＹ方向は、Ｚ方向に交差する（例えば、直交する）。Ｘ方向及びＹ方向は、互いに、交差する（例えば、直交する）。
　以下の説明において用いられる文言「周方向」及び「径方向」は、永久磁石同期電動機を構成するステータ又はロータにおける「周方向」及び「径方向」の各々に対応している。
　文言「周方向」は、ロータの回転方向に相当する。言い換えると、軸方向に見た断面図においてロータの回転軸を中心とした円周方向が周方向である。
　文言「径方向」は、ロータの半径方向を意味する。例えば、文言「径方向外側」は、径方向におけるロータの中心から外周部分に向かう方向を意味する。文言「径方向内側」は、径方向におけるロータの外周部分から中心に向かう方向を意味する。
　実施の形態１．
　実施の形態１に係る電動機について説明する。
　図１Ａ及び図１Ｂは、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機１００を示す断面図である。永久磁石同期電動機１００は、２段スキュー構造を有する。図１Ａは、２段スキュー構造のうちの一方の段構造の断面を示している。図１Ｂは、２段スキュー構造のうちの他方の段構造の断面を示している。例えば、図１Ａは、２段スキュー構造のうち上段の構造を示している。また、図１Ｂは、２段スキュー構造のうち下段の構造を示している。
　図１Ａ及び図１Ｂにおいて、符号ＣＬは、永久磁石同期電動機１００の中心線を示している。符号Ｏは、後述する回転軸２３の軸中心を示している。中心線ＣＬ及び軸中心Ｏの位置は、図１Ａ及び図１Ｂにおいて同じである。言い換えると、中心線ＣＬは、永久磁石同期電動機１００のｄ軸に相当する。以下の説明で、ｄ軸の位置をｄ軸位置ｄ１と称する場合がある。符号Ｓは、軸中心Ｏから径方向外側に伸びるとともに、後述する永久磁石２２の周方向の中央点を通る磁石中央線である。つまり、磁石中央線Ｓは、後述するステータ対向面２６における周方向の中央点Ｃを通る。
　実施の形態１に係る永久磁石同期電動機１００の構造について、上段側のスキュー構造と下段側のスキュー構造とがスキュー角θだけ周方向にずれている。図１Ａに示すスキュー構造の形状は、図１Ｂに示すスキュー構造の形状と同様である。このため、図１Ａを用いて永久磁石同期電動機１００の構造を説明する。スキュー角θについては、後述する。
＜永久磁石同期電動機＞
　図１Ａに示すように、永久磁石同期電動機１００は、ステータ１０とロータ２０とを備える。２段スキュー構造においてＺ方向に並ぶ段における磁石の周方向中心は、ロータ２０の回転軸２３を中心から、スキュー角θだけ周方向にずれている。これにより、永久磁石同期電動機１００は、いわゆる、段スキュー構造を有する。段スキュー構造を構成する複数の段の各々を「各段」と称する場合がある。段数が２つである構造において、つまり、２段スキュー構造の説明において、上段側のスキュー構造を単に「上段」と称する場合があり、下段側のスキュー構造を単に「下段」と称する場合がある。
　なお、本明細書において、文言「上段」及び「下段」は、説明を簡便にするために用いられており、永久磁石同期電動機１００の上下方向を規定していない。例えば、上段側のスキュー構造を第１スキュー構造と称してもよいし、下段側のスキュー構造を第２スキュー構造と称してもよい。この場合、第１スキュー構造及び第２スキュー構造は、Ｚ方向に並ぶ。
＜ステータ＞
　ステータ１０は、磁気的ギャップとなる空隙１５を介してロータ２０の外周を囲むように配置されている。ステータ１０は、ステータコア１１と、巻線１４と、を有している。ステータコア１１は、周方向において円環状に形成されたコアバック１２と、コアバック１２から径方向内側に向かって突出した複数のティース１３と、を有している。巻線１４は、複数のティース１３の各々に巻き付けられている。以下の説明では、ティース１３に巻き付けられた巻線１４をコイル部と称する場合がある。図１Ａに示す例では、１つのティース１３に１つのコイル部が設けられている。
　図１Ａに示す構成では、ティース１３の個数は、１２個である。ティース１３の個数は、１２個に限定されず、永久磁石同期電動機１００の設計に応じて適宜決定される。
　実施の形態１においては、各々が円弧状に形成された複数のコアブロックが円環状に連結されることにより、コアバック１２が構成されている。コアバック１２の構造は、図１Ａに示す構造に限定されない。複数のコアブロックが一体的に形成されることで、コアバック１２が構成されてもよい。また、コアバック１２とティース１３とが分離されてもよい。
＜ロータ＞
　ロータ２０は、ロータコア２１と、回転軸２３と、複数の永久磁石２２とを有する。
　ロータコア２１は、複数の電磁鋼板がＺ方向に積層することにより構成されている。電磁鋼板は、例えば、コア板と称することもできる。回転軸２３は、ロータコア２１をＺ方向に貫通するようにロータコア２１に固定されている。回転軸２３は、シャフトと称することもできる。このようなロータ２０は、永久磁石同期電動機１００の内部において、ステータ１０に対して回転自在に配置されている。
　ロータコア２１は、径方向に突出した凸部２４を有する。凸部２４は、ステータ１０に向かう径方向外側に突出している。実施の形態１においては、凸部２４の形状は、矩形である。実施の形態１においては、凸部２４の個数は、複数の永久磁石２２の個数に応じて、８個である。凸部２４の個数は、１つ以上であればよい。
＜永久磁石＞
　複数の永久磁石２２は、周方向においてロータコア２１の外周面２８に配置されている。このような複数の永久磁石２２を備える永久磁石同期電動機１００は、表面磁石型モータ（ＳＰＭ）の一例である。
　複数の永久磁石２２の各々は、ステータ対向面２６と、ロータコア固定面２７とを有する。ステータ対向面２６は、ステータ１０に空隙１５を介して対向する。ステータ対向面２６は、円弧形状の形状を有する。ロータコア固定面２７は、ステータ対向面２６とは反対側に位置する。ロータコア固定面２７は、ロータコア２１の外周面２８に固定されている。凹部２５は、ロータコア固定面２７の一部に設けられている。言い換えると、凹部２５は、ロータコア固定面２７の一部に繋がっている。凹部２５は、凸部２４と嵌合する。実施の形態１においては、凹部２５の形状は、凸部２４と同じく矩形である。
　後述するように、ロータコア固定面２７は、第１領域２７Ｆと、第２領域２７Ｓとを有する。第１領域２７Ｆ及び第２領域２７Ｓの各々は、ロータコア２１の外周面２８に固定されている。第１領域２７Ｆと第２領域２７Ｓとの間に凹部２５が位置する。
　複数の永久磁石２２は、ロータ２０の周方向に並ぶ。周方向において、複数の永久磁石２２のうち互いに隣り合う２つの永久磁石２２のステータ対向面２６の極性は、互いに異なっている。例えば、周方向に隣接する２つの永久磁石２２のうち一方のステータ対向面２６の極性がＮ極であれば、他方のステータ対向面２６はＳ極となるように着磁方向が異ならせた状態で複数の永久磁石２２が配置されている。
　図１Ａに示す永久磁石同期電動機１００においては、ティース１３の個数が１２個であり、巻線１４で構成されるコイル部の個数が１２個であり、永久磁石の数が８個である。すなわち、図１Ａは、いわゆる、８極１２スロットの永久磁石同期電動機を示している。複数の永久磁石２２、ティース１３、コイル部の数の組合せがこれに限らなくてもよい。また、図１Ａに示す例においてはティース１３の個数とコイル部の個数とは同じであるが、ティース１３の個数とコイル部の個数とが異なっていてもよい。
　図１Ａに示すように、複数の永久磁石２２の各々の周方向における中心位置は、軸方向に進むにつれて周方向にずれている。段スキュー構造における上段の永久磁石２２及び下段の永久磁石２２との間のスキュー角θとしたときに、凹部２５は、同じ断面図に示す永久磁石２２のずれ量θが異なる方向にずれている。
　段スキュー構造において、複数の永久磁石２２は、Ｚ方向において隣り合う第１磁石グループ４１及び第２磁石グループ４２を含む。図１Ａは、第１磁石グループ４１を示す。図１Ｂは、第２磁石グループ４２を示す。第１磁石グループ４１と第２磁石グループ４２との間において、ロータ２０は、段スキュー構造を有する。
　以下の説明では、第１磁石グループ４１を構成する複数の永久磁石２２の各々を、第１永久磁石２２Ａと称する場合がある。第２磁石グループ４２を構成する複数の永久磁石２２の各々を、第２永久磁石２２Ｂと称する場合がある。
　言い換えると、第１磁石グループ４１を構成する第１永久磁石２２Ａは、周方向のうち反時計回り方向においてθ／２のずれ量で中心線ＣＬからずれるように配置されている。すなわち、反時計回り方向において、図１Ａに示す磁石中央線Ｓは、θ／２のずれ量で中心線ＣＬからずれている。
　つまり、第１磁石グループ４１を構成する第１永久磁石２２Ａは、周方向のうちの反時計回り方向において、永久磁石同期電動機１００のｄ軸に対してθ／２でずれている。
　第２磁石グループ４２を構成する第２永久磁石２２Ｂは、周方向のうち時計回り方向においてθ／２のずれ量で中心線ＣＬからずれるように配置されている。すなわち、時計回り方向において、図１Ｂに示す磁石中央線Ｓは、θ／２のずれ量で中心線ＣＬからずれている。
　つまり、第２磁石グループ４２を構成する第２永久磁石２２Ｂは、周方向のうちの時計回り方向において、永久磁石同期電動機１００のｄ軸に対してθ／２でずれている。
　第２磁石グループ４２と第１磁石グループ４１とに着目すれば、第２磁石グループ４２を構成する第２永久磁石２２Ｂは、第１磁石グループ４１を構成する第１永久磁石２２Ａに対してずれ量θ（スキュー角θ）だけ周方向にずれている。
　図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、及び図２Ｂを参照し、第１磁石グループ４１を構成する複数の第１永久磁石２２Ａと、第２磁石グループ４２を構成する複数の第２永久磁石２２Ｂとについて、具体的に説明する。
　図２Ａに示す永久磁石２２は、図１に示す第１永久磁石２２Ａに対応する。ただし、図２Ａに示す永久磁石を左右方向に反転させれば、図２Ａに示す永久磁石２２は、第２永久磁石２２Ｂとなる。このため、図２Ａでは、第２永久磁石２２Ｂの説明を省略する。
　図２Ａを参照し、凸部２４と係合する凹部２５について、詳細に説明する。
　図２Ａは、永久磁石２２の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。図２Ａは、図１Ａの破線部Ａで囲まれた部分を示す拡大図である。
　図２Ａに示すように、回転軸２３の軸中心Ｏから径方向外側に伸びるとともに永久磁石２２の周方向の中央点Ｃを通る磁石中央線Ｓを、永久磁石２２の周方向中心位置ＣＰと定義する。ここで、中央点Ｃは、永久磁石２２のステータ対向面２６の周方向における中央に位置する。中央点Ｃは、円弧形状を有するステータ対向面２６におけるティース１３に最も近い部分に位置する。凸部２４の中央を通るとともに磁石中央線Ｓに平行な線を、凸部中心位置ＴＰと定義する。凸部中心位置ＴＰは、凸部２４の中心と称することもできる。凸部中心位置ＴＰは、第１凹部端３５と第２凹部端３６との間の中心に位置する。
　複数の永久磁石２２の各々は、周方向において、ロータコア固定面２７に繋がる第１磁石端３１と、ロータコア固定面２７に繋がる第２磁石端３２とを有する。第２磁石端３２は、周方向中心位置ＣＰに対して、第１磁石端３１とは反対側に位置する。永久磁石２２は、周方向において互いに反対側に位置する第１側面３３及び第２側面３４を有する。第１磁石端３１は、第１側面３３とロータコア固定面２７とが繋がる部分に相当する。第２磁石端３２は、第２側面３４とロータコア固定面２７とが繋がる部分に相当する。
　複数の永久磁石２２の各々の凹部２５は、周方向において、ロータコア固定面２７に繋がる第１凹部端３５と、ロータコア固定面２７に繋がるとともに第１凹部端３５とは反対側に位置する第２凹部端３６とを有する。
　ロータコア固定面２７の第１領域２７Ｆは、第１磁石端３１と第１凹部端３５との間に位置する。ロータコア固定面２７の第２領域２７Ｓは、第２磁石端３２と第２凹部端３６との間に位置する。
　言い換えると、第１領域２７Ｆは、第１磁石端３１と第１凹部端３５との間に形成された面である。第２領域２７Ｓは、第２磁石端３２と第２凹部端３６との間に形成された面である。言い換えると、凹部２５の両側に第１領域２７Ｆと第２領域２７Ｓとが位置する。
　第１領域２７Ｆにおける第１磁石端３１と第１凹部端３５との間の距離をＬ１とし、かつ、第２領域２７Ｓにおける第２磁石端３２と第２凹部端３６との間の距離をＬ２としたとき、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。段スキュー構造において、複数の永久磁石２２の各々は、Ｌ１≠Ｌ２を満たし、かつ、Ｌ１＞Ｌ２を満たす。
　さらに、磁石中央線Ｓは、第１領域２７Ｆに交差する。言い換えると、磁石中央線Ｓは、第１磁石端３１と第１凹部端３５とを結ぶ線と交差する。
　具体的には、図１Ａに示す上段側のスキュー構造においては、反時計回りにおいて中心線ＣＬからθ／２のずれ量でずれた磁石中央線Ｓが永久磁石２２の第１領域２７Ｆと交差している。
　図１Ｂに示す下段側のスキュー構造においては、時計回りにおいて中心線ＣＬからθ／２のずれ量でずれた磁石中央線Ｓが永久磁石２２の第１領域２７Ｆと交差している。
　次に、図２Ｂを参照し、永久磁石同期電動機を構成する２段スキュー構造において、第１永久磁石２２Ａと第２永久磁石２２Ｂとの配置を説明する。図２Ｂは、Ｚ方向に見て、第１永久磁石２２Ａと第２永久磁石２２Ｂとが重なった状態を示す部分断面図である。
　図２Ｂにおいては、第１永久磁石２２Ａが実線で示されており、第２永久磁石２２Ｂが点線で示されている。
　第１永久磁石２２Ａは、ロータコア２１の外周面２８に固定された第１ロータコア固定面２７Ａを有する。第１ロータコア固定面２７Ａは、ロータコア固定面２７に対応する面である。したがって、図２Ａに示すように、第１ロータコア固定面２７Ａは、距離Ｌ１を有するとともに第１凹部端３５を有する第１領域２７Ｆと、距離Ｌ２を有するとともに第２凹部端３６を有する第２領域２７Ｓとを有する。
　第２永久磁石２２Ｂは、ロータコア２１の外周面２８に固定された第２ロータコア固定面２７Ｂを有する。第２ロータコア固定面２７Ｂは、ロータコア固定面２７に対応する面である。したがって、図２Ａに示すように、第２ロータコア固定面２７Ｂは、距離Ｌ１を有するとともに第１凹部端３５を有する第１領域２７Ｆと、距離Ｌ２を有するとともに第２凹部端３６を有する第２領域２７Ｓとを有する。
　第１永久磁石２２Ａの周方向の中央点を、第１中央点Ｃ１と定義する。言い換えると、第１中央点Ｃ１は、第１永久磁石２２Ａのステータ対向面２６における周方向の中央点に相当する。
　第２永久磁石２２Ｂの周方向の中央点を、第２中央点Ｃ２と定義する。言い換えると、第２中央点Ｃ２は、第２永久磁石２２Ｂのステータ対向面２６における周方向の中央点に相当する。
　回転軸２３の軸中心Ｏから径方向外側に伸び、第１中央点Ｃ１を通り、かつ、第１永久磁石２２Ａの第１領域２７Ｆに交差する線を、第１磁石中央線Ｓ１と定義する。
　回転軸２３の軸中心Ｏから径方向外側に伸び、第２中央点Ｃ２を通り、かつ、第２永久磁石２２Ｂの第１領域２７Ｆに交差する線を、第２磁石中央線Ｓ２と定義する。
　第１ロータコア固定面２７Ａに平行な方向２７ＡＤにおいて第１永久磁石２２Ａの第１凹部端３５と第２凹部端３６との間の中点を、第１中点３７Ａと定義する。
　第２ロータコア固定面２７Ｂに平行な方向２７ＢＤにおいて第２永久磁石２２Ｂの第１凹部端３５と第２凹部端３６との間の中点を、第２中点３７Ｂと定義する。
　回転軸２３の軸中心Ｏから径方向外側に伸びるとともに第１中点３７Ａと通る線を、第１凹部中央線Ｎ１と定義する。
　回転軸２３の軸中心Ｏから径方向外側に伸びるとともに第２中点３７Ｂと通る線を、第２凹部中央線Ｎ２と定義する。
　上述した定義において、第１磁石中央線Ｓ１と第２磁石中央線Ｓ２との間の角度は、スキュー角θである。また、第１凹部中央線Ｎ１と第２凹部中央線Ｎ２との間の角度は、凹部中央間角度Ｍである。この場合、凹部中央間角度Ｍは、スキュー角θよりも小さい。また、Ｌ１≠Ｌ２を満たし、かつ、Ｌ１＞Ｌ２を満たしている。Ｌ１をＬ２で除算した値、つまり、Ｌ１／Ｌ２の値は、１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６の範囲内にある。
＜効果＞
　次に、従来の永久磁石同期電動機と実施の形態１に係る永久磁石同期電動機１００とを比較しつつ、実施の形態１によって得られる効果について説明する。
＜従来の永久磁石同期電動機＞
　まず、従来の永久磁石同期電動機について説明する。
　図３は、従来の永久磁石同期電動機を構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。図３において、ステータの図示が省略されている。図３において、説明されない構成は、図１Ａと同様である。
　図３に示すように、従来の永久磁石同期電動機は、ステータに固定される永久磁石１２２を有する。従来の永久磁石同期電動機のステータの凸部１２４は、永久磁石１２２の凹部１２５に係合する。凹部１２５の形状は、永久磁石１２２の周方向中心に対して鏡面対称な形状を有する。つまり、永久磁石１２２においては、第１磁石端３１と第１凹部端３５との間の距離をＬ１とし、かつ、第２磁石端３２と第２凹部端３６との間の距離をＬ２としたとき、Ｌ１＝Ｌ２を満たす。さらに、磁石中央線Ｓは、凹部１２５に交差するが、第１領域２７Ｆに交差していない。
　次に、実施の形態１の効果について説明する。
　永久磁石同期電動機においては、入力電圧Ｖｉを越える端子電圧Ｖｔを発生してトルクＴを出力することができない。
　一般的に、電動機の回転数が上がると、次式で示す式に従って端子電圧Ｖｔが増大する。
　Ｖｔ＝√（Ｖｄ２＋Ｖｑ２）・・・（１）
　Ｖｄ＝ＲＩｄ＋ωＬｑＩｑ・・・（２）
　Ｖｑ＝ＲＩｑ＋ωΦｍ＋ωｄＬｄＩｄ・・・（３）
　ω＝２πｆ＝２π（Ｎ／６０）ｐｎ・・・（４）
　ここで、Ｖｄは、ｄ軸電圧である。Ｖｑは、ｑ軸電圧である。Ｒは、相抵抗である。Ｉｄは、ｄ軸電流である。Ｉｑは、ｑ軸電流である。Φｍは、磁石磁束である。Ｌｄは、ｄ軸インダクタンスである。Ｌｑは、ｑ軸インダクタンスである。ωは、角速度である。ｆは、周波数である。Ｎは、１分間当たりの回転数である。ｐｎは、極対数である。
　永久磁石同期電動機の制御方法として、高速回転におけるトルク出力を増大させる制御方式として、端子電圧増大を抑制する、所謂、弱め磁束制御が知られている。
　この弱め磁束制御は、磁石磁束Φｍを弱める方向にｄ軸電流Ｉｄを通電する制御方式である。この制御方式では、ｄ軸インダクタンスＬｄが小さい場合、大きなｄ軸電流Ｉｄを電動機に流す必要がある。
　しかしながら、モータに通電することができる電流には上限がある。インバータからモータに供給する電流をＩｉｎｖとすると、次式が得られる。
　√３×Ｉｉｎｖ＝√（Ｉｄ２＋Ｉｑ２）・・・（５）
　ＳＰＭ型の永久磁石同期電動機が出力するトルクＴは、一般的に、次式で表される。
　Ｔ＝ＰｎΦｍＩｑ・・・（６）
　このため、ｄ軸電流Ｉｄが増大すると、トルクＴを出力するためのｑ軸電流Ｉｑが減少し、トルク出力が低下する。したがって、高速回転におけるトルクＴを大きくするには少ないｄ軸電流Ｉｄで弱め磁束制御を効果的に得る必要があり、ｄ軸インダクタンスＬｄを増加させる必要がある。
　このため、図３に示す構造を採用することでｄ軸インダクタンスＬｄを増加させることができる。
　また、永久磁石磁束に高調波成分が含まれる場合、式（６）に従って発生するトルクＴには高調波の脈動が含まれ、このトルク脈動は、トルクリップルと呼ばれる。トルクリップルは、振動又は騒音の原因となるため、低減対策を施すことが一般的である。
　この対策の１つとして、ロータの構造として、段スキューと呼ばれる構造を適用する手法が知られている。この構造は、２段以上のロータで構成され、各段の永久磁石の周方向中心位置を比較すると角度差が存在し、この角度差は、スキュー角と呼ばれる。この角度差を調整することで、電動機の全体においてトルクリップルを低減することが可能となる。
　しかしながら、図２Ａに示すように、電動機の全体においてｄ軸位置ｄ１とロータ２０の各段における永久磁石２２の周方向中心位置ＣＰの間に電気角でＰｎ×θ／２のずれ（角度差）が生じてしまう。
　これに対し、図３に示す構造は、ｄ軸位置ｄ１と周方向中心位置ＣＰが一致している場合に、効果的なｄ軸インダクタンスＬｄ増加が可能となっている。しかしながら、スキュー角θの段スキュー構造を適用すると、図３に示す構造では各段の凸部１２４の周方向中心位置ＣＰは、ｄ軸位置ｄ１との間に角度差が存在する。このため、ｄ軸インダクタンスＬｄを効率的に増加させることができない。
　実施の形態１は、従来の永久磁石同期電動機の問題点を解決する。
　具体的に、図２Ａに示すように、凸部２４を磁石の周方向中心位置ＣＰからスキュー方向とは逆方向にずらすことで、Ｌ１≠Ｌ２を満たす構造を得ている。
　図４は、ｄ軸インダクタンスＬｄに関し、従来の電動機の条件Ｌ１＝Ｌ２の場合と、実施の形態１の条件Ｌ１≠Ｌ２の場合とを比較した比較結果を示す図である。
　図４において、縦軸はｄ軸インダクタンスＬｄを示しており、横軸は凹部の形状を示している。「矩形」とは、図２Ａ及び図３に示す凹部の形状である。「鋸歯型」は、複数の歯を備えた鋸を構成する１つの歯の形状を示している。「円弧」は、略Ｕ字形状又は略Ｃ字形状を示している。
　図４においては、Ｌ１＝Ｌ２の場合のｄ軸インダクタンスＬｄを１．０として規格化されている。なお、「鋸歯型」は、後述する変形例１Ａに示す形状に相当する。また、「円弧」は、後述する変形例１Ｂに示す形状に相当する。
　図４に示すように、実施の形態１に示すように、Ｌ１≠Ｌ２とすることで、従来の永久磁石同期電動機よりも、ｄ軸インダクタンスＬｄをより増加させることができる。
　さらに、永久磁石同期電動機１００は、Ｚ方向において隣り合う第１磁石グループ４１及び第２磁石グループ４２を含み、第１磁石グループ４１と第２磁石グループ４２との間において、ロータ２０は、段スキュー構造を有する。これにより、ｄ軸インダクタンスＬｄを効率的に向上させることができる。
　さらに、従来の永久磁石同期電動機とは異なり、実施の形態１においては、凹部中央間角度Ｍは、スキュー角θよりも小さい。また、Ｌ１≠Ｌ２を満たし、かつ、Ｌ１＞Ｌ２を満たしている。さらに、Ｌ１／Ｌ２の値は、１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６の範囲内にある。このため、ｄ軸インダクタンスＬｄをより効率的に向上させることができる。
＜実施の形態１の変形例＞
　次に、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の変形例１Ａ、１Ｂを説明する。
　変形例１Ａ、１Ｂの説明では、上述した実施の形態１と共通する部分に関する説明を省略する。
＜変形例１Ａ＞
　図５は、変形例１Ａを構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。
　図５に示すように、凹部２５は、第１底端５１及び第２底端５２を有する。第１底端５１及び第２底端５２の各々は、凹部２５の底５０を形成する。第２底端５２は、第１底端５１から離間している。径方向における第１凹部端３５と第１底端５１との間の距離をＨ１とし、かつ、径方向における第２凹部端３６と第２底端５２との間の距離をＨ２としたとき、Ｈ１≠Ｈ２を満たす。本変形例では、Ｈ１＜Ｈ２を満たす。さらに、本変形例は、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。
　変形例１Ａによれば、図４の「Ｌ１≠Ｌ２」及び「鋸歯型」の結果に示すように、従来の永久磁石同期電動機よりも、ｄ軸インダクタンスＬｄをより増加させることができる。
＜変形例１Ｂ＞
　図６は、変形例１Ｂを構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。図６に示すように、凹部２５の底５０を形成する面５３は、円弧形状を有する。さらに、本変形例は、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。
　変形例１Ｂによれば、図４の「Ｌ１≠Ｌ２」及び「円弧」の結果に示すように、従来の永久磁石同期電動機よりも、ｄ軸インダクタンスＬｄをより増加させることができる。
　実施の形態２．
　実施の形態２に係る永久磁石同期電動機について説明する。
　実施の形態２において、上述した実施の形態及び変形例と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
　図７Ａを参照し、凸部２４と係合する凹部２５について、詳細に説明する。
　図７Ａは、永久磁石２２の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。図７Ａは、図２Ａに対応するであり、図１Ａの破線部Ａで囲まれた部分を示す拡大図である。図７Ａには示されていないが、実施の形態２に係る永久磁石同期電動機は、図１と同様に、ステータ１０及びロータ２０によって構成されている。
　図７Ａに示すように、第２底端５２に繋がる傾斜面が凹部２５の内部に形成されている点で、実施の形態２に係る永久磁石同期電動機は、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機とは異なる。
　具体的に、凹部２５は、第１底端５１及び第２底端５２を有する。第１底端５１及び第２底端５２の各々は、凹部２５の底５０を形成する。第２底端５２は、第１底端５１から離間している。凹部２５は、第１内壁６１及び第２内壁６２を有する。第１内壁６１は、第１凹部端３５と第１底端５１との間に形成されているとともに径方向に延びる。第２内壁６２は、第２凹部端３６と第２底端５２との間に形成されている。第２内壁６２は、垂直面６３及び傾斜面６４を有する。垂直面６３は、第２凹部端３６に繋がるとともに径方向に延びる。傾斜面６４は、垂直面６３及び第２底端５２に繋がるとともに垂直面６３に対して傾斜しかつ直線的に延びる。
　さらに、実施の形態２においては、Ｌ１≠Ｌ２を満たし、かつ、Ｌ１＞Ｌ２を満たしている。Ｌ１をＬ２で除算した値、つまり、Ｌ１／Ｌ２の値は、１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６の範囲内にある。
＜実施の形態２の変形例２Ａ＞
　次に、実施の形態２に係る永久磁石同期電動機の変形例２Ａを説明する。
　変形例２Ａの説明では、上述した実施の形態１及び実施の形態２と共通する部分に関する説明を省略する。
　図７Ｂを参照し、凸部２４と係合する凹部２５について、詳細に説明する。
　図７Ｂは、永久磁石２２の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。図７Ｂは、図２Ａに対応するであり、図１Ａの破線部Ａで囲まれた部分を示す拡大図である。図７Ｂには示されていないが、変形例２Ａに係る永久磁石同期電動機は、図１と同様に、ステータ１０及びロータ２０によって構成されている。
　図７Ｂに示すように、第２底端５２に繋がる曲面が凹部２５の内部に形成されている点で、変形例２Ａに係る永久磁石同期電動機は、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機とは異なる。
　具体的に、凹部２５は、第１底端５１及び第２底端５２を有する。第１底端５１及び第２底端５２の各々は、凹部２５の底５０を形成する。第２底端５２は、第１底端５１から離間している。凹部２５は、第１内壁６１及び第２内壁６２を有する。第１内壁６１は、第１凹部端３５と第１底端５１との間に形成されているとともに径方向に延びる。第２内壁６２は、第２凹部端３６と第２底端５２との間に形成されている。第２内壁６２は、第２内壁６２は、第２底端５２に繋がる曲面６５を有する。
　さらに、変形例２Ａにおいては、Ｌ１≠Ｌ２を満たし、かつ、Ｌ１＞Ｌ２を満たしている。Ｌ１をＬ２で除算した値、つまり、Ｌ１／Ｌ２の値は、１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６の範囲内にある。
＜効果＞
　次に、磁力変化に関する不可逆減磁現象と、減磁による磁石磁束の低下とについて説明したうえで、実施の形態２によって得られる効果について説明する。
　例えば、実施の形態１において説明した構造においては、ロータコア２１の凸部２４の形状が矩形であり、かつ、凸部２４の凸部中心位置ＴＰが永久磁石２２の周方向中心からずれている。さらに、この構造では、ステータ対向面２６の外形形状が円弧である。この場合、凸部２４の角部の位置、言い換えると、凹部２５の第２底端５２において、ステータ対向面２６と第２底端５２との距離が極端に短くなる。
　永久磁石においては、永久磁石の温度上昇による作用、又は、着磁方向と反対方向にステータからの磁界が永久磁石に加わる反磁界の作用によって、永久磁石の残留磁束密度Ｂｒが低下する不可逆減磁と呼ばれる現象が生じる。
　このような不可逆減磁現象の発生のし易さは、永久磁石の保磁力と、磁気回路で決定されるパーミアンス係数Ｐｃが関係している。パーミアンス係数Ｐｃは、磁石の着磁方向の厚さと磁気抵抗に依存する。永久磁石同期電動機のようなステータとロータの磁気的ギャップが狭い磁気回路において、パーミアンス係数Ｐｃは、次式により近似的に求めることができる。
　Ｐｃ≒Ｈｍ／ｇｍ・・・（７）
　ここで、Ｈｍは、着磁方向における永久磁石の厚さである。ｇｍは、ステータとロータの磁気的ギャップである。式（７）より、着磁方向における永久磁石の厚さＨｍが減少することでＰｃは減少する。このＰｃの減少は、不可逆減磁現象の発生のし易さに影響する。
　図８は、ｄ軸インダクタンスＬｄと減磁後の誘起電圧低下率とに関し、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機と従来の永久磁石同期電動機とを比較した比較結果を示す図である。図８は、永久磁石２２の条件をＬ１＞Ｌ２としたときに、Ｌ１／Ｌ２に対するｄ軸インダクタンスＬｄ及び減磁による誘起電圧低下率を示している。なお、Ｌ１＝Ｌ２の場合のｄ軸インダクタンスＬｄおよび誘起電圧低下率を１．０として規格化している。
　図８から明らかなように、Ｌ１／Ｌ２が大きくなるにつれて、ｄ軸インダクタンスＬｄは増加するが、誘起電圧の低下率も増加する。
　さらに、ｄ軸インダクタンスＬｄの増加傾向に着目すると、ｄ軸インダクタンスＬｄの増加量は飽和している。その一方、誘起電圧低下率の増加傾向に着目すると、誘起電圧低下率の増加量は飽和していないことが分かる。
　したがって、Ｌ１／Ｌ２が１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６を満たす範囲内において効果的にｄ軸インダクタンスＬｄを増加させることが可能となるが、Ｌ１／Ｌ２＞１．６を満たす範囲では、減磁が著しく進行する。
　図９Ａ及び図９Ｂは、減磁状態を磁界解析によって減磁率分布を計算することによって得られた結果である。
　図９Ａは、従来の永久磁石同期電動機の減磁率分布を示す図である。図９Ａにおいては、永久磁石の条件としてＬ１＝Ｌ２が満たされている。図９Ｂは、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の減磁率分布を示す図である。図９Ｂにおいては、永久磁石の条件としてＬ１≠Ｌ２かつＬ１／Ｌ２＞１．６が満たされている。
　図９Ａ及び図９Ｂにおいて、符号７０、７１、７２で示された領域は、減磁の進行状態を示している。符号７０で示された領域は、減磁の進行量が最も少ないことを示している。符号７２で示された領域は、減磁の進行量が最も多いことを示している。符号７１で示された領域は、符号７０の領域よりも減磁の進行量が多く、符号７２の領域よりも減磁の進行量が少ないことを示している。図９Ａ及び図９Ｂに示す結果を比較すると、凹部２５の第２底端５２とステータ対向面２６との距離が短い部分に領域７２が発生している。言い換えると、凸部２４の角部とステータ対向面２６との距離が短くなることで、減磁が進行する範囲が拡大していることが分かる。
　減磁が進行して残留磁束密度Ｂｒが低下することは、磁石磁束Φｍの低下につながる。このため、式（６）に基づく算出結果によりトルクＴが低下する。したがって、永久磁石同期電動機の出力は、低下する。
　実施の形態２は、上記の問題点を解決する。
　図１０は、減磁後の誘起電圧低下率に関し、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機と、実施の形態２に係る永久磁石同期電動機と、変形例２Ａに係る永久磁石同期電動機とを比較した比較結果を示す図である。図１０においては、実施の形態１の永久磁石２２の誘起電圧低下率を１．０として規格化されている。具体的には、「傾斜面無し、曲面無し」は、実施の形態１に相当する。また、「傾斜面有り」は、実施の形態２に相当する。さらに、また、「曲面有り」は、変形例２Ａに相当する。
　図１０に示すように、傾斜面６４を有する永久磁石２２を用いる実施の形態２は、実施の形態１よりも、誘起電圧低下率が減少していることが分かる。同様に、曲面６５を有する永久磁石２２を用いる変形例２Ａは、実施の形態１よりも、誘起電圧低下率が減少していることが分かる。
　図１１Ａ～図１１Ｃは、減磁状態を磁界解析によって減磁率分布を計算することによって得られた結果である。
　図１１Ａは、実施の形態１に係る永久磁石２２の減磁率分布を示した図である。
　図１１Ｂは、実施の形態２に係る永久磁石２２の減磁率分布を示した図である。
　図１１Ｃは、変形例２Ａに係る永久磁石２２の減磁率分布を示した図である。
　図１１Ａ～図１１Ｃにおいて、符号７０、７１、７２で示された領域は、減磁の進行状態を示している。符号７０で示された領域は、減磁の進行量が最も少ないことを示している。符号７２で示された領域は、減磁の進行量が最も多いことを示している。符号７１で示された領域は、符号７０の領域よりも減磁の進行量が多く、符号７２の領域よりも減磁の進行量が少ないことを示している。
　図１１Ａ～図１１Ｃに示す結果を比較すると、傾斜面を有する実施の形態２の場合及び曲面を有する変形例２Ａの場合においては、傾斜面及び曲面を有しない実施の形態１よりも領域７１、２が発生する合計面積が小さいことが分かる。
　言い換えると、傾斜面又は曲面を形成したことで、第２底端５２に最も近いステータ対向面２６上の点と、第２底端５２との間の距離を長くすることが可能となる。これにより、実施の形態２及び変形例２Ａにおいては、実施の形態１と比較して減磁の進行を抑制できることが分かる。
　したがって、実施の形態２及び変形例２Ａによれば、弱め磁束制御を行う場合であっても、電動機の高出力化を図ることができる。また、Ｌ１／Ｌ２が１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６を満たす範囲内にあるので、減磁耐力を向上させることができる。つまり、電動機の高出力化と減磁耐力の向上とを両立させることができる。
＜実施の形態２の変形例２Ｂ、２Ｃ＞
　次に、実施の形態２に係る永久磁石同期電動機の変形例２Ｂ、２Ｃを説明する。
　変形例２Ｂ、２Ｃの説明では、上述した実施の形態１及び実施の形態２と共通する部分に関する説明を省略する。
＜変形例２Ｂ＞
　図１２Ａは、変形例２Ｂを構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。
　図１２Ａに示すように、凹部２５は、第１底端５１及び第２底端５２を有する。第１底端５１及び第２底端５２の各々は、凹部２５の底５０を形成する。第２底端５２は、第１底端５１から離間している。径方向における第１凹部端３５と第１底端５１との間の距離をＨ１とし、かつ、径方向における第２凹部端３６と第２底端５２との間の距離をＨ２としたとき、Ｈ１≠Ｈ２を満たす。本変形例では、Ｈ１＜Ｈ２を満たす。さらに、本変形例は、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。Ｌ１／Ｌ２の値は、１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６の範囲内にある。
　さらに、本変形例においては、凹部２５は、第１内壁６１と第２内壁６２とを有する。第１内壁６１は、第１凹部端３５と第１底端５１との間に形成されており、径方向に延びる。第２内壁６２は、第２凹部端３６と第２底端５２との間に形成されている。第２内壁６２は、垂直面６３と傾斜面６４とを有する。垂直面６３は、第２凹部端３６に繋がるとともに径方向に延びる。傾斜面６４は、垂直面６３及び第２底端５２に繋がるとともに垂直面６３に対して傾斜しかつ直線的に延びる。
＜変形例２Ｃ＞
　図１２Ｂは、変形例２Ｃを構成する永久磁石の付近の領域を拡大して示す図であって、軸方向に見た断面図である。
　図１２Ｂは、図１２Ａと同様に、Ｈ１≠Ｈ２を満たし、Ｈ１＜Ｈ２を満たし、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。Ｌ１／Ｌ２の値は、１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６の範囲内にある。
　さらに、本変形例においては、凹部２５は、第１内壁６１と第２内壁６２とを有する。第１内壁６１は、第１凹部端３５と第１底端５１との間に形成されており、径方向に延びる。第２内壁６２は、第２凹部端３６と第２底端５２との間に形成されている。第２内壁６２は、第２底端５２に繋がる曲面６５を有する。
＜効果＞
　図１３は、減磁後の誘起電圧低下率に関し、変形例１Ａに係る永久磁石同期電動機と、変形例２Ｂに係る永久磁石同期電動機と、変形例２Ｃに係る永久磁石同期電動機とを比較した比較結果を示す図である。図１３においては、変形例１Ａの永久磁石２２の誘起電圧低下率を１．０として規格化されている。具体的には、「傾斜面無し、曲面無し」は、変形例１Ａに相当する。言い換えると、変形例１Ａにおいては、上述したようにＨ１＜Ｈ２を満たすが、傾斜面又は曲面が凹部２５に形成されていない。また、「傾斜面有り」は、変形例２Ｂに相当する。さらに、また、「曲面有り」は、変形例２Ｃに相当する。
　図１３に示すように、傾斜面６４を有する永久磁石２２を用いる変形例２Ｂは、変形例１Ａよりも、誘起電圧低下率が減少していることが分かる。同様に、曲面６５を有する永久磁石２２を用いる変形例２Ｃは、変形例１Ａよりも、誘起電圧低下率が減少していることが分かる。
　図１４Ａ～図１４Ｃは、減磁状態を磁界解析によって減磁率分布を計算することによって得られた結果である。
　図１４Ａは、変形例１Ａに係る永久磁石２２の減磁率分布を示した図である。
　図１４Ｂは、変形例２Ｂに係る永久磁石２２の減磁率分布を示した図である。
　図１４Ｃは、変形例２Ｃに係る永久磁石２２の減磁率分布を示した図である。
　図１４Ａ～図１４Ｃにおいて、符号７０、７１、７２で示された領域は、減磁の進行状態を示している。符号７０で示された領域は、減磁の進行量が最も少ないことを示している。符号７２で示された領域は、減磁の進行量が最も多いことを示している。符号７１で示された領域は、符号７０の領域よりも減磁の進行量が多く、符号７２の領域よりも減磁の進行量が少ないことを示している。
　図１４Ａ～図１４Ｃに示す結果を比較すると、傾斜面を有する変形例２Ｂの場合及び曲面を有する変形例２Ｃの場合においては、傾斜面及び曲面を有しない変形例１Ａよりも領域７１、２が発生する合計面積が小さいことが分かる。
　言い換えると、傾斜面又は曲面を形成したことで、第２底端５２に最も近いステータ対向面２６上の点と、第２底端５２との間の距離を長くすることが可能となる。これにより、変形例２Ｂ、２Ｃにおいては、変形例１Ａと比較して減磁の進行を抑制できることが分かる。
　したがって、変形例２Ｂ及び変形例２Ｃによれば、弱め磁束制御を行う場合であっても、電動機の高出力化を図ることができる。また、Ｌ１／Ｌ２が１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６を満たす範囲内にあるので、減磁耐力を向上させることができる。つまり、電動機の高出力化と減磁耐力の向上とを両立させることができる。
　実施の形態３．
　実施の形態３に係る永久磁石同期電動機について説明する。
　実施の形態３において、上述した実施の形態及び変形例と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
　図１５は、実施の形態３に係る永久磁石同期電動機を示す斜視図である。
　図１６は、凸部２４を含むロータコア２１のみを示す斜視図である。言い換えると、図１６は、永久磁石同期電動機から複数の永久磁石２２が外された状態を示す。
　図１５及び図１６に示すように、永久磁石２２の周方向中心位置ＣＰが上段及び下段で一致している点で、実施の形態３に係る永久磁石同期電動機は、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機とは異なる。
　具体的には、複数の永久磁石２２のうち、回転軸２３が延在するＺ方向において並ぶ永久磁石２２のステータ対向面２６は、Ｚ方向において互いに一致している。Ｚ方向において並ぶ永久磁石２２の間には、スキューが施されていない。複数の永久磁石２２の各々の凹部２５とロータコア２１の凸部のみにスキューが施されている。
　実施の形態３に係る永久磁石同期電動機をより具体的に説明する。
　実施の形態３に係る永久磁石同期電動機は、上段部１００Ｕと、Ｚ方向において上段部１００Ｕに隣り合う下段部１００Ｌと、を有する。上段部１００Ｕは、第１ロータ部の一例である。下段部１００Ｌは、第２ロータ部の一例である。
　複数の永久磁石２２は、上段部１００Ｕに配置された第１磁石グループ４１と、上段部１００Ｕに配置された第２磁石グループ４２とを含む。第１磁石グループ４１を構成する複数の永久磁石２２の各々は、上述した第１永久磁石である。第２磁石グループ４２を構成する複数の永久磁石２２の各々は、上述した第２永久磁石である。
　第１磁石グループ４１を構成する第１永久磁石のステータ対向面２６は、第２磁石グループ４２を構成する第２永久磁石のステータ対向面２６と、Ｚ方向において互いに一致している。言い換えると、第１永久磁石のステータ対向面２６の周方向における中央点Ｃの位置と、第２永久磁石のステータ対向面２６の周方向における中央点Ｃの位置とは、軸方向において一致している。ステータ対向面２６の周方向における中央点Ｃは、図２Ａを参照して説明されている。
　ロータコア２１の凸部２４は、上段部１００Ｕに配置された第１凸部２４Ｕと、下段部１００Ｌに配置された第２凸部２４Ｌとを有する。第１凸部２４Ｕは、第１磁石グループ４１を構成する第１永久磁石の凹部２５に嵌合する。第２凸部２４Ｌは、第２磁石グループ４２を構成する第２永久磁石の凹部２５に嵌合する。
　周方向において、第２凸部２４Ｌは、第１凸部２４Ｕに対してスキュー角でずれている。
　つまり、図１６に示すように、上段部１００Ｕの周方向における第１凸部２４Ｕ（２４）の位置及び下段部１００Ｌの周方向における第２凸部２４Ｌ（２４）の位置は、図２Ａに示すように、永久磁石２２の周方向中心位置ＣＰからずれている。上段部１００Ｕの周方向における第１凸部２４Ｕの位置及び下段部１００Ｌの周方向における第２凸部２４Ｌの位置は、永久磁石２２の周方向中心位置ＣＰに対して鏡面対称である。
＜効果＞
　次に、永久磁石同期電動機のロータ製造工程を説明しつつ、実施の形態３によって得られる効果について説明する。
　永久磁石同期電動機のロータ製造工程は、永久磁石２２をロータコア２１に取り付ける着磁工程を有する。
　永久磁石の着磁工程では、着磁器を用いて永久磁石２２をロータコア２１に接着後に着磁を行う手法が広く用いられる。しかしながら、ロータ２０の構造として段スキュー構造を適用した場合、上段及び下段の各々の永久磁石の着磁方向は、スキュー角θだけ異なるため、各段の永久磁石を同時に着磁することが困難であり、各段で着磁を行うことになる。
　このため、着磁回数の増加に伴って着磁器の短寿命化又はロータ製造におけるタクトタイムの悪化につながる。
　実施の形態３は、上記の問題点を解決する。
　図１６に示すように、上段部１００Ｕの周方向における第１凸部２４Ｕ（２４）の位置及び下段部１００Ｌの周方向における第２凸部２４Ｌ（２４）の位置が、周方向中心位置ＣＰに対して鏡面対称となっている。この凸部２４の位置の影響により、上段部１００Ｕ及び下段部１００Ｌにおける永久磁石磁束の高調波成分には位相差が生じる。
　したがって、凸部２４の周方向における位置を適切な位置とし、各段の永久磁石磁束の高調波成分を相殺させることで、電動機の全体のトルクリップルを低減することが可能となる。
　図１７は、トルクリップルに関し、従来の電動機の条件Ｌ１＝Ｌ２の場合と、実施の形態３の条件Ｌ１≠Ｌ２の場合の場合とを比較した比較結果を示す図である。図１７においては、Ｌ１＝Ｌ２の場合のトルクリップルを１．０として規格化されている。
　図１７に示すように、実施の形態３の条件Ｌ１≠Ｌ２の場合では、トルクリップルが低減されていることが分かる。
　したがって、実施の形態３によれば、着磁工程に必要な工数を削減することが可能である。さらに、従来同様に弱め磁束制御を行う場合であっても、電動機の高出力化を図ることができ、又は、トルクリップルを低減することが可能となる。
　実施の形態４．
　実施の形態４に係る永久磁石同期電動機について説明する。
　実施の形態４において、上述した実施の形態及び変形例と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
　図１８は、実施の形態４に係る永久磁石同期電動機を示す斜視図である。
　図１９は、凸部２４を含むロータコア２１のみを示す斜視図である。言い換えると、図１９は、永久磁石同期電動機から複数の永久磁石２２が外された状態を示す。
　図１８及び図１９に示すように、ロータコアの凸部２４の周方向における位置が上段及び下段で一致している点で、実施の形態４に係る永久磁石同期電動機は、実施の形態１に係る永久磁石同期電動機とは異なる。
　具体的には、ロータコア２１における凸部２４の位置は、Ｚ方向において一致しており、永久磁石２２の凹部２５のみにスキューが施されている。また、図１８に示すように、上段及び下段の各々においては、周方向における永久磁石２２の凹部２５の位置は、永久磁石２２の周方向中心位置ＣＰからずれており、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。
　実施の形態４に係る永久磁石同期電動機をより具体的に説明する。
　実施の形態４に係る永久磁石同期電動機は、上段部１００Ｕと、Ｚ方向において上段部１００Ｕに隣り合う下段部１００Ｌと、を有する。
　複数の永久磁石２２は、上段部１００Ｕに配置された第１磁石グループ４１と、上段部１００Ｕに配置された第２磁石グループ４２とを含む。第１磁石グループ４１を構成する複数の永久磁石２２の各々は、第１永久磁石である。第２磁石グループ４２を構成する複数の永久磁石２２の各々は、第２永久磁石である。
　第１磁石グループ４１を構成する第１永久磁石のステータ対向面２６は、第２磁石グループ４２を構成する第２永久磁石のステータ対向面２６から、Ｚ方向においてずれている。言い換えると、第１永久磁石のステータ対向面２６の周方向における中央点Ｃの位置と、第２永久磁石のステータ対向面２６の周方向における中央点Ｃの位置とは、軸方向において一致していない。ステータ対向面２６の周方向における中央点Ｃは、図２Ａを参照して説明されている。
　ロータコア２１の凸部２４は、上段部１００Ｕから下段部１００Ｌまで連続して延在している。凸部２４は、第１磁石グループ４１を構成する第１永久磁石の凹部２５と、第２磁石グループ４２を構成する第２永久磁石の凹部２５とに嵌合する。
　周方向において、第１磁石グループ４１を構成する第１永久磁石のステータ対向面２６は、第２磁石グループ４２を構成する第２永久磁石のステータ対向面２６に対してスキュー角でずれている。
　上段部１００Ｕの周方向における凸部２４の位置及び下段部１００Ｌの周方向における凸部２４の位置は、永久磁石２２の周方向中心位置ＣＰに対して鏡面対称である。
＜効果＞
　次に、永久磁石同期電動機のロータ製造工程を説明しつつ、実施の形態４によって得られる効果について説明する。
　ロータに段スキューを適用した場合、永久磁石同期電動機のロータコア製造工程においては、各段のロータコアを成形後、スキュー角が生じるよう回転軸にロータコアを嵌める。
　そのため、精度よくスキュー角を実現するための工数および加工が必要となり、段スキューを適用しないロータの製造工程と比較して、ロータの製造コストが高くなる。
　実施の形態４は、上記の問題点を解決する。
　図１９に示すように、周方向において、ロータコア２１の上段部１００Ｕ及び下段部１００Ｌにおける凸部２４は同じである。このため、上段部１００Ｕ及び下段部１００Ｌの各々に応じて分割された凸部２４を有するようにロータコア２１を製造する必要がなくなる。
　また、永久磁石２２の凹部２５の位置は、Ｌ１≠Ｌ２を満たし、上段及び下段の各々における永久磁石２２の周方向中心位置ＣＰは、凹部２５の位置に対して鏡面対称となり角度差が生じる。
　この永久磁石２２の周方向中心位置ＣＰの角度差により、上段及び下段における永久磁石磁束の高調波成分には位相差が生じる。
　したがって、凹部２５の位置を適切な位置とし、各段の永久磁石磁束の高調波成分を相殺させることで、電動機の全体のトルクリップルを低減することが可能となる。さらに、ロータコア２１は、一体成形が可能であるため、ロータコア２１を製造するために必要な工数を削減することができる。
　図２０は、トルクリップルに関し、従来の電動機の条件Ｌ１＝Ｌ２の場合と、実施の形態４の条件Ｌ１≠Ｌ２の場合の場合とを比較した比較結果を示す図である。図２０においては、Ｌ１＝Ｌ２の場合のトルクリップルを１．０として規格化されている。
　図２０に示すように、実施の形態４の条件Ｌ１≠Ｌ２の場合では、トルクリップルが低減されていることが分かる。
　図２１は、ｄ軸インダクタンスＬｄに関し、従来の電動機の条件Ｌ１＝Ｌ２の場合と、実施の形態４の条件Ｌ１≠Ｌ２の場合の場合とを比較した比較結果を示す図である。図２１においては、Ｌ１＝Ｌ２の場合のｄ軸インダクタンスＬｄを１．０として規格化されている。
　図２１に示すように、実施の形態４の条件Ｌ１≠Ｌ２の場合では、ｄ軸インダクタンスＬｄをより効果的に増加させることが可能である。
　したがって、実施の形態４によれば、ロータコア２１を製造するために必要な工数を削減することができる。さらに、従来同様に弱め磁束制御を行う場合であっても、従来構造よりも、電動機の高出力化を図ることができ、又は、トルクリップルを低減することが可能となる。
１０…ステータ、１１…ステータコア、１２…コアバック、１３…ティース、１４…巻線（コイル部）、１５…空隙、２０…ロータ、２１…ロータコア、２２…永久磁石、２２Ａ…第１永久磁石（永久磁石）、２２Ｂ…第２永久磁石（永久磁石）、２３…回転軸、２４…凸部、２４Ｌ…第２凸部（凸部）、２４Ｕ…第１凸部（凸部）、２５…凹部、２６…ステータ対向面、２７…ロータコア固定面、２７Ａ…第１ロータコア固定面（ロータコア固定面）、２７Ｂ…第２ロータコア固定面（ロータコア固定面）、２７Ｆ…第１領域、２７Ｓ…第２領域、２８…外周面、３１…第１磁石端、３２…第２磁石端、３３…第１側面、３４…第２側面、３５…第１凹部端、３６…第２凹部端、３７Ａ…第１中点、３７Ｂ…第２中点、４１…第１磁石グループ、４２…第２磁石グループ、５０…底、５１…第１底端、５２…第２底端、５３…面、６１…第１内壁、６２…第２内壁、６３…垂直面、６４…傾斜面、６５…曲面、１００…永久磁石同期電動機、１００Ｌ…下段部（第２ロータ部）、１００Ｕ…上段部（第１ロータ部）、１２２…永久磁石、１２４…凸部、１２５…凹部、Ｃ…中央点、Ｃ１…第１中央点、Ｃ２…第２中央点、ＣＬ…中心線、ＣＰ…周方向中心位置、Ｌ１、Ｌ２…距離、Ｍ…凹部中央間角度、Ｎ１…第１凹部中央線、Ｎ２…第２凹部中央線、Ｏ…軸中心、Ｓ…磁石中央線、Ｓ１…第１磁石中央線、Ｓ２…第２磁石中央線、ＴＰ…凸部中心位置、θ…スキュー角

Claims (11)

  1. 　ステータと、
    　電磁鋼板により構成されているとともに前記ステータに向かう径方向に突出した１つ以上の凸部を有するロータコアと、前記ロータコアに固定された回転軸とを備え、前記ステータに対して回転自在に配置されるロータと、
    　各々が、前記ステータに空隙を介して対向する円弧形状のステータ対向面と、前記ステータ対向面とは反対側に位置するとともに前記ロータコアの外周面に固定されたロータコア固定面と、前記ロータコア固定面の一部に繋がるとともに前記凸部が嵌合する凹部とを有し、前記ロータの周方向に並ぶ、複数の永久磁石と、
    　を有し、
    　前記周方向において、前記複数の永久磁石のうち互いに隣り合う２つの永久磁石の前記ステータ対向面の極性は、互いに異なっており、
    　前記周方向において、前記複数の永久磁石の各々は、前記ロータコア固定面に繋がる第１磁石端と、前記ロータコア固定面に繋がるとともに前記第１磁石端とは反対側に位置する第２磁石端とを有し、
    　前記周方向において、前記複数の永久磁石の各々の前記凹部は、前記ロータコア固定面に繋がる第１凹部端と、前記ロータコア固定面に繋がるとともに前記第１凹部端とは反対側に位置する第２凹部端とを有し、
    　前記ロータコア固定面は、前記第１磁石端と前記第１凹部端との間に位置する第１領域と、前記第２磁石端と前記第２凹部端との間に位置する第２領域とを有し、
    　前記凹部は、前記第１領域と前記第２領域との間に位置し、
    　前記第１領域における前記第１磁石端と前記第１凹部端との間の距離をＬ１とし、かつ、前記第２領域における前記第２磁石端と前記第２凹部端との間の距離をＬ２としたとき、
    　Ｌ１≠Ｌ２を満たす、
    　永久磁石同期電動機。
  2. 　前記複数の永久磁石は、前記回転軸が延在する軸方向において隣り合う第１磁石グループ及び第２磁石グループを含み、
    　前記第１磁石グループを構成する前記複数の永久磁石の各々は、第１永久磁石であり、
    　前記第２磁石グループを構成する前記複数の永久磁石の各々は、第２永久磁石であり、
    　スキュー角をθと称し、
    　前記第１永久磁石は、前記周方向のうちの反時計回り方向において、前記永久磁石同期電動機のｄ軸に対してθ／２でずれており、
    　前記第２永久磁石は、前記周方向のうちの時計回り方向において、前記永久磁石同期電動機の前記ｄ軸に対してθ／２でずれており、
    　前記回転軸の軸中心から径方向外側に伸びるとともに、前記複数の永久磁石の各々の周方向の中央点を通る磁石中央線は、前記第１領域に交差し、
    　Ｌ１≠Ｌ２を満たし、かつ、Ｌ１＞Ｌ２を満たす、
    　請求項１に記載の永久磁石同期電動機。
  3. 　前記凹部は、
    　前記凹部の底を形成する第１底端と、
    　前記凹部の底を形成するとともに前記第１底端から離間した第２底端と、
    　を有し、
    　前記径方向における前記第１凹部端と前記第１底端との間の距離をＨ１とし、かつ、前記径方向における前記第２凹部端と前記第２底端との間の距離をＨ２としたとき、
    　Ｈ１≠Ｈ２を満たす、
    　請求項１又は請求項２に記載の永久磁石同期電動機。
  4. 　前記凹部の底を形成する面が円弧形状を有する、
    　請求項１又は請求項２に記載の永久磁石同期電動機。
  5. 　前記第１永久磁石は、前記ロータコアの外周面に固定された第１ロータコア固定面を有し、
    　前記第１ロータコア固定面は、前記ロータコア固定面に対応する面であり、前記距離Ｌ１を有するとともに前記第１凹部端を有する前記第１領域と、前記距離Ｌ２を有するとともに前記第２凹部端を有する前記第２領域とを有し、
    　前記第２永久磁石は、前記ロータコアの外周面に固定された第２ロータコア固定面を有し、
    　前記第２ロータコア固定面は、前記ロータコア固定面に対応する面であり、前記距離Ｌ１を有するとともに前記第１凹部端を有する前記第１領域と、前記距離Ｌ２を有するとともに前記第２凹部端を有する前記第２領域とを有し、
    　前記第１永久磁石の周方向の中央点を、第１中央点と定義し、
    　前記第２永久磁石の周方向の中央点を、第２中央点と定義し、
    　前記回転軸の軸中心から径方向外側に伸び、前記第１中央点を通り、かつ、前記第１永久磁石の前記第１領域に交差する線を、第１磁石中央線と定義し、
    　前記回転軸の軸中心から径方向外側に伸び、前記第２中央点を通り、かつ、前記第２永久磁石の前記第１領域に交差する線を、第２磁石中央線と定義し、
    　前記第１ロータコア固定面に平行な方向において前記第１永久磁石の前記第１凹部端と前記第２凹部端との間の中点を、第１中点と定義し、
    　前記第２ロータコア固定面に平行な方向において前記第２永久磁石の前記第１凹部端と前記第２凹部端との間の中点を、第２中点と定義し、
    　前記回転軸の軸中心から径方向外側に伸びるとともに前記第１中点と通る線を、第１凹部中央線と定義し、
    　前記回転軸の軸中心から径方向外側に伸びるとともに前記第２中点と通る線を、第２凹部中央線と定義し、
    　前記第１磁石中央線と前記第２磁石中央線との間の角度は、前記スキュー角θであり、
    　前記第１凹部中央線と前記第２凹部中央線との間の角度は、凹部中央間角度であり、
    　前記凹部中央間角度は、前記スキュー角θよりも小さく、
    　Ｌ１＞Ｌ２を満たすとき、
    　Ｌ１／Ｌ２の値は、１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．６の範囲内にある、
    　請求項２に記載の永久磁石同期電動機。
  6. 　前記凹部は、
    　前記凹部の底を形成する第１底端と、
    　前記凹部の底を形成するとともに前記第１底端から離間した第２底端と、
    　前記第１凹部端と前記第１底端との間に形成されているとともに前記径方向に延びる第１内壁と、
    　前記第２凹部端と前記第２底端との間に形成されている第２内壁と、
    　を有し、
    　前記第２内壁は、
    　前記第２凹部端に繋がるとともに前記径方向に延びる垂直面と、
    　前記垂直面及び前記第２底端に繋がるとともに前記垂直面に対して傾斜しかつ直線的に延びる傾斜面と、
    　を有する、
    　請求項２に記載の永久磁石同期電動機。
  7. 　前記凹部は、
    　前記凹部の底を形成する第１底端と、
    　前記凹部の底を形成するとともに前記第１底端から離間した第２底端と、
    　前記第１凹部端と前記第１底端との間に形成されているとともに前記径方向に延びる第１内壁と、
    　前記第２凹部端と前記第２底端との間に形成されている第２内壁と、
    　を有し、
    　前記第２内壁は、前記第２底端に繋がる曲面を有する、
    　請求項２に記載の永久磁石同期電動機。
  8. 　前記凹部は、
    　前記第１凹部端と前記第１底端との間に形成されており、前記径方向に延びる第１内壁と、
    　前記第２凹部端と前記第２底端との間に形成されている第２内壁と、
    　を有し、
    　前記第２内壁は、
    　前記第２凹部端に繋がるとともに前記径方向に延びる垂直面と、
    　前記垂直面及び前記第２底端に繋がるとともに前記垂直面に対して傾斜しかつ直線的に延びる傾斜面と、
    　を有する、
    　請求項３に記載の永久磁石同期電動機。
  9. 　前記凹部は、
    　前記第１凹部端と前記第１底端との間に形成されており、前記径方向に延びる第１内壁と、
    　前記第２凹部端と前記第２底端との間に形成されている第２内壁と、
    　を有し、
    　前記第２内壁は、前記第２底端に繋がる曲面を有する、
    　請求項３に記載の永久磁石同期電動機。
  10. 　前記ロータは、第１ロータ部と、前記回転軸が延在する軸方向において前記第１ロータ部に隣り合う第２ロータ部とを有し、
    　前記複数の永久磁石は、前記第１ロータ部に配置された第１磁石グループと、前記第２ロータ部に配置された第２磁石グループとを含み、
    　前記第１磁石グループを構成する前記複数の永久磁石の各々は、第１永久磁石であり、
    　前記第２磁石グループを構成する前記複数の永久磁石の各々は、第２永久磁石であり、
    　前記第１永久磁石の前記ステータ対向面の周方向における中央の位置と、前記第２永久磁石の前記ステータ対向面の周方向における中央の位置とは、前記軸方向において一致しており、
    　前記ロータコアの前記凸部は、前記第１ロータ部に配置された第１凸部と、前記第２ロータ部に配置された第２凸部とを有し、
    　前記第１凸部は、前記第１永久磁石の前記凹部に嵌合し、
    前記第２凸部は、前記第２永久磁石の前記凹部に嵌合し、
    　前記周方向において、前記第２凸部は、前記第１凸部に対してスキュー角でずれている、
    　請求項１に記載の永久磁石同期電動機。
  11. 　前記ロータは、第１ロータ部と、前記回転軸が延在する軸方向において前記第１ロータ部に隣り合う第２ロータ部とを有し、
    　前記複数の永久磁石は、前記第１ロータ部に配置された第１磁石グループと、前記第２ロータ部に配置された第２磁石グループとを含み、
    　前記第１磁石グループを構成する前記複数の永久磁石の各々は、第１永久磁石であり、
    　前記第２磁石グループを構成する前記複数の永久磁石の各々は、第２永久磁石であり、
    　前記第１永久磁石の前記ステータ対向面の周方向における中央の位置と、前記第２永久磁石の前記ステータ対向面の周方向における中央の位置とは、前記軸方向において一致しておらず、
    　前記ロータコアの前記凸部は、前記第１ロータ部から前記第２ロータ部まで連続して延在しており、
    　前記凸部は、前記第１永久磁石の前記凹部と、前記第２永久磁石の前記凹部とに嵌合し、
    　前記周方向において、前記第１永久磁石の前記ステータ対向面の周方向における中央の位置は、前記第２永久磁石の前記ステータ対向面の周方向における中央の位置に対してスキュー角でずれている、
    　請求項１に記載の永久磁石同期電動機。
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