特開 2017-55504 永久磁石電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-55504(P2017-55504A)

(43)【公開日】2017年3月16日

(54)【発明の名称】永久磁石電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20060101AFI20170224BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/27 501A

   H02K1/27 501K

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-176176(P2015-176176)

(22)【出願日】2015年9月7日

(71)【出願人】

【識別番号】000100872

【氏名又は名称】アイチエレック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106725

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 敏行

(74)【代理人】

【識別番号】100105120

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 哲幸

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 光彦

(72)【発明者】

【氏名】金子 清一

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA04

5H622CA02

5H622CA07

5H622CA13

5H622CB03

5H622CB04

5H622CB05

5H622DD01

5H622DD02

5H622PP03

5H622PP10

(57)【要約】

【課題】効率を向上させることができる永久磁石電動機を提供する。
【解決手段】固定子１１０は、周方向に沿って延在するヨーク部１１１と、軽方向に沿って延在するティース部１１２を有している。回転子１２０は、主磁極部［Ａ］〜［Ｄ］と補助磁極部［ＡＢ］〜［ＤＡ］が周方向に沿って交互に配置されている。主磁極部［Ａ］〜［Ｄ］には、周方向に沿った中央部が両端部より回転子１２０の外周面１２１側に飛び出ているＶ字形状に形成されている磁石挿入部１３０が設けられている。磁石挿入部１３０には、位置決め部によって位置決めされた状態で永久磁石片１４１、１４２が挿入されている。回転子１２０の外周面１２１は、主磁極部のｄ軸上に曲率中心を有する円弧形状に形成された第１の外周部分１２１ａと、補助磁極のｑ軸上に曲率中心を有し、第１の外周部分１２１ａの曲率半径より大きい曲率半径の円弧形状に形成された第２の外周部分１２１ｂにより構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定子と、前記固定子に空隙を介して配置されている回転子を備え、前記回転子は、軸方向に直角な断面で見て、主磁極部と補助磁極部が周方向に沿って交互に配置され、前記主磁極部には磁石挿入部が設けられ、前記磁石挿入部には永久磁石が挿入されている永久磁石電動機であって、
前記磁石挿入部は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿った中央部が両端部より前記回転子の外周側に飛び出ているＶ字形状に形成され、
前記磁石挿入部には、前記磁石挿入部の、周方向に沿った一方側の端部および他方側の端部に第１の空間部および第２の空間部が形成されるように前記永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられ、
前記回転子の外周面は、軸方向に直角な断面で見て、前記補助磁極部のｑ軸に沿った空隙の間隔が前記主磁極部のｄ軸に沿った空隙の間隔より長くなるように形成されていることを特徴とする永久磁石電動機。

【請求項2】

請求項１に記載の永久磁石電動機であって、
前記回転子の外周面は、前記主磁極部のｄ軸と交差する第１の外周部分と、前記補助磁極部のｑ軸と交差する第２の外周部分が交互に接続されて形成されており、前記第１の外周部分は、ｄ軸上に中心点を有する円弧形状に形成され、前記第２の外周部分は、ｑ軸上に中心点を有し、前記第１の外周部分の半径より大きい半径を有する円弧形状に形成されていることを特徴とする永久磁石電動機。

【請求項3】

請求項１または２に記載の永久磁石電動機であって、
前記磁石挿入部は、ブリッジ部を挟んで周方向に沿った一方側および他方側に配置されている第１の磁石挿入孔および第２の磁石挿入孔により構成されており、
前記第１の磁石挿入孔の、周方向に沿った前記一方側の端部に前記第１の空間部が形成され、前記第２の磁石挿入孔の、周方向に沿った前記他方側の端部に前記第２の空間部が形成されていることを特徴とする永久磁石電動機。

【請求項4】

機器と、前記機器を駆動する電動機を備える機器駆動装置であって、前記電動機として請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の永久磁石電動機が用いられていることを特徴とする機器駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、永久磁石が配置されている回転子を備える永久磁石電動機に関し、特に、永久磁石電動機の効率を向上させる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機の圧縮機構部、車両、車両に搭載されている車載機器等の種々の機器を駆動する電動機として、例えば、特許文献１に開示されている永久磁石電動機が用いられている。
特許文献１に開示されている永久磁石電動機は、固定子と、固定子に空隙（エアギャップ）を介して回転可能に配置されている回転子を備えている。回転子は、主磁極部と補助磁極部が周方向に沿って交互に配置されている。主磁極部には、周方向に沿って延在する磁石挿入孔が形成されており、磁石挿入孔には永久磁石が挿入されている。固定子は、周方向に沿って延在するヨーク部と、ヨーク部から径方向に沿って回転中心方向に延在するティース部を有している。ティース部の先端側には、ティース先端面が形成されている。周方向に隣接するティース部によってスロットが形成され、スロットには固定子巻線が挿入されている。回転子の外周面は、軸方向に直角な断面で見て、円形形状に形成されている。すなわち、固定子と回転子との間の空隙（固定子のティース部のティース先端面と回転子の外周面との間の空隙）は一定に設定されている。
特許文献１に開示されている永久磁石電動機は、永久磁石によるマグネットトルクと突極性によるリラクタンストルクを利用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−４７２１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されている永久磁石電動機では、固定子のティース部のティース先端面と回転子の外周面との間の空隙が一定である。このため、永久磁石の、周方向に沿った両端部（以下、「永久磁石の両端部」という）から発生する磁束が、補助磁極部の外周面を介して固定子のティース部に流れ、主磁極部を流れる磁束量、すなわち、有効磁束量が減少する。また、固定子巻線に電流が流れることによって発生する磁束が補助磁極部の外周面に流れ、永久磁石の両端部に磁束が集中して永久磁石が減磁される。有効磁束量の減少や永久磁石の減磁に対処する方法としては、例えば、固定子巻線に流す電流を増大する方法が考えられる。しかしながら、固定子巻線に流す電流を増大させると、銅損が増大する。このように、特許文献１に開示されている永久磁石電動機では、有効磁束量が減少し、また、永久磁石の両端部に磁束が集中して減磁されるため、効率が低下する。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、有効磁束量を増加させるとともに、永久磁石の両端部に磁束が集中するのを防止して永久磁石電動機の効率を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一つの発明は、永久磁石電動機に関する。本発明の永久磁石電動機は、固定子と、固定子に空隙を介して配置されている回転子を備えている。回転子は、主磁極部と補助磁極部が周方向に沿って交互に配置されている。
主磁極部には、永久磁石が挿入される磁石挿入部が形成されている。磁石挿入部は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿った中央部が両端部より回転子の外周側に飛び出ているＶ字形状に形成されている。磁石挿入部をＶ字形状に形成する態様としては、Ｖ字形状の断面を有する磁石挿入孔を形成する態様や、直線状等の断面を有する複数の磁石挿入孔をＶ字形状に沿って形成する態様を用いることができる。
磁石挿入部に挿入される永久磁石としては、フェライト磁石、希土類磁石、テルビウムやディスプロシウムを含有するネオジウム磁石等の種々の永久磁石を用いることができる。永久磁石は、磁石挿入部に挿入された状態において、磁石挿入部のＶ字形状と同様のＶ字形状に配置される。
磁石挿入部には、永久磁石を磁石挿入部内の所望の位置に位置決めする位置決め部が設けられている。この位置決め部により、磁石挿入部の両端部、すなわち、磁石挿入部に挿入された永久磁石の両端壁と磁石挿入部の両端壁との間に、第１の空間部および第２の空間部が形成される。この第１の空間部および第２の空間部により、永久磁石の両端部から発生する磁束が短絡されるのを防止することができる。
また、回転子の外周面は、軸方向に直角な断面で見て、固定子の内周面と回転子の外周面との間の空隙が、補助磁極部のｑ軸に沿った間隔が主磁極部のｄ軸に沿った間隔より長くなるように形成されている。好適には、回転子の外周面は、空隙の間隔が、回転子の外周面とｑ軸が交差する箇所の両側の領域において、回転子の外周面とｑ軸が交差する箇所の方向に向かって徐々に長くなるように形成される。より好適には、回転子の外周面は、円弧形状に形成された外周部分を組み合わせて構成される。勿論、回転子の外周面は、曲線や直線を組み合わせた種々の形状に形成することができる。
本発明では、回転子の主磁極部の永久磁石が突形状に配置されている。これにより、磁石表面積が増大し、主磁極部を流れる磁束量（有効磁束量）が増大する。そして、磁束量の増大により、固定子巻線に流す電流を小さくすることができるため、銅損を低減することができる。
さらに、永久磁石が、外周側に飛び出ている突形状に配置されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間の間隔が小さくなり、当該永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間を通る磁束により発生するリラクタンストルクが小さくなる。リラクタンストルクが小さくなることにより、鉄損が低減される。一方、永久磁石と回転子の外周面との間の間隔が小さくなるため、電機子反作用による磁束量の低下が大幅に抑制される。これにより、鉄損を低減することができるとともに、磁束量（有効磁束量）を増大させることができ、効率が向上する。
特に、本発明では、永久磁石がＶ字形状に配置されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った中央部（ｄ軸の両側に永久磁石片が配置されている場合には、各永久磁石片の、ｄ軸側の端壁）と回転子の外周面との間の間隔を小さくすることができる。したがって、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。
また、回転子の外周面は、補助磁極部のｑ軸に沿った空隙の間隔が主磁極部のｄ軸に沿った空隙の間隔より長くなるように形成されている。これにより、固定子の内周面と回転子の外周面との間の空隙が一定である（回転子の外周面が円形形状に形成されている）場合に較べて、永久磁石の軸方向に沿った端部から発生する磁束を有効に利用することができる（有効磁束を増加させることができる）とともに、固定子のティース部から回転子側に流れる磁束が永久磁石の、軸方向に沿った端部に集中するのを抑制することができる。
また、位置決め部により、永久磁石を磁石挿入部内に位置決めすることができる。これにより、磁石挿入部の形状を大きく変更することなく、磁石挿入部の両端部に所定形状の空間部を形成することができ、永久磁石の両端部における磁束の短絡を確実に防止することができる。
したがって、本発明の永久磁石電動機は、従来の永久磁石電動機に較べて効率を向上させることができる。
一つの発明の異なる形態では、回転子の外周面は、主磁極部のｄ軸と交差する第１の外周部分と、補助磁極部のｑ軸と交差する第２の外周部分が交互に接続されて形成されている。第１の外周部分は、ｄ軸上に中心点を有する円弧形状に形成されている。また、第２の外周部分は、ｑ軸上に中心点を有し、第１の外周部分の半径より大きい半径の円弧形状に形成されている。好適には、第１の外周部分の円弧形状は、回転中心を中心点とする円弧形状に形成され、第２の外周部分は、ｑ軸上であって、回転中心より第２の外周部分と反対側に離れている点を中心点とする円弧形状に形成される。
本形態では、回転子の外周面を容易に形成することができる。また、第１の外周部分と第２の外周部分との接続部がティース部と対向する箇所を通過する時に、ティース部に流れる磁束量の急激な変化を抑制することができる。これにより、ティース部を流れる磁束量の急激な変化によって固定子巻線に誘起される誘起電圧の波形（起電力波形）に含まれる高調波成分が増大するのを防止することができ、固定子巻線の起電力波形に基づいて回転子の位置を正確に検出することができる。したがって、固定子巻線の起電力波形に基づいて回転子の位置を検出するセンサレス制御方式の制御装置を用いる場合に、回転子の位置検出精度の低下による効率の低下を防止することができる。
一つの発明の他の異なる形態では、磁石挿入部は、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の磁石挿入孔により構成されている。そして、複数の磁石挿入孔のうちの周方向に沿った一方端に配置されている磁石挿入孔の、周方向に沿った一方側の端部（複数の永久磁石片のうち周方向に沿った一方端に配置されている永久磁石片の、周方向に沿った一方側の端壁と磁石挿入部の、周方向に沿った一方側の端壁との間）に第１の空間部が形成され、周方向に沿った他方端に配置されている磁石挿入孔の、周方向に沿った他方側の端部（周方向に沿った他方端に配置されている永久磁石片の、周方向に沿った他方側の端壁と磁石挿入部の、周方向に沿った他方側の端壁との間）に第２の空間部が形成されている。
本形態では、磁石挿入部が複数の磁石挿入孔により構成されているとともに、磁石挿入孔の間にブリッジ部が設けられている。これにより、遠心力に対する回転子の強度を高めることができる。
本発明の他の発明は、機器駆動装置に関する。本発明の機器駆動装置は、機器（例えば、圧縮機の圧縮機構部、車両、車両に搭載されている車載機器）と、機器を駆動する電動機を備え、電動機として前述した永久磁石電動機のいずれかが用いられている。
本発明は、前述した永久磁石電動機と同様の効果を有する。

【発明の効果】

【0006】

本発明では、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の永久磁石電動機の第１の実施形態の断面図である。

【図2】図１の部分拡大図である。

【図3】本発明の永久磁石電動機の第２の実施形態の断面図である。

【図4】図３の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、本発明の永久磁石電動機の実施形態を、図面を参照して説明する。
本明細書では、「軸方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、回転子（回転軸）の回転中心を通る回転中心線の方向を示す。「周方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、軸方向に直角な断面でみて、回転中心を中心とする円周方向を示す。「径方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、軸方向に直角な断面でみて、回転中心を通る方向を示す。「ｄ軸」は、回転中心と主磁極部の周方向中心点を結ぶ線を表し、「ｑ軸」は、回転中心と補助磁極部の周方向中心点を結ぶ線を表す。
また、磁石挿入部（磁石挿入孔）の「内壁」および「外壁」は、永久磁石（永久磁石片）を挿入する部分を形成するための、径方向に対向する壁のうち回転中心側に配置されている壁および回転子の外周側に配置されている壁を表し、「外周壁」は、磁石挿入部の周方向に沿った両端部（永久磁石の両端壁と磁石挿入部の両端壁との間）に空間部を形成するために回転子の外周面に平行（「略平行」を含む）に形成される壁を表し、「端壁」は、隣接する磁石挿入部（磁石挿入孔）と対向する側の壁を表している。永久磁石（永久磁石片）の「内壁」および「外壁」は、永久磁石が磁石挿入部に挿入された状態において、径方向に対向する壁のうち回転中心側に配置されている壁および回転子の外周側に配置されている壁を表し、「端壁」は、隣接する永久磁石（永久磁石片）と対向する側の壁を表している。
また、「平行」という記載は、「略平行」を含むものとして用いられている。

【0009】

なお、以下で説明する本発明の永久磁石電動機の各実施形態は、例えば、空調装置、冷却装置や冷凍装置等に設けられている圧縮機の圧縮機構部、車両、車両に搭載されている車載機器等の公知の種々の機器を駆動する電動機として用いることができる。すなわち、本発明は、機器と、機器を駆動する永久磁石電動機を備える機器駆動装置として構成することもできる。各機器の構成は公知であるので、本明細書では説明を省略する。

【0010】

本発明の永久磁石電動機の第１の実施形態を、図１、図２に示す。図１は、第１の実施形態の永久磁石電動機１００を軸方向に直角な方向から見た断面図であり、図２は、図１の部分拡大図である。なお、本明細書では、図１および図２において、時計回り方向を「周方向に沿った一方方向」といい、反時計回り方向を「周方向に沿った他方方向」という。以下で説明する各実施形態においても同様である。勿論、反時計回り方向を「一方方向」、時計回り方向を「他方方向」ということもできる。
また、各実施形態では、６スロット、４極の永久磁石電動機について説明するが、本発明の永久磁石電動機のスロット数、極数は適宜変更可能である。

【0011】

本実施形態の永久磁石電動機１００は、固定子１１０と回転子１２０を備えている。
固定子１１０は、複数の電磁鋼板を積層した固定子コアにより構成される。固定子１１０は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延在するヨーク部１１１と、ヨーク部１１１から径方向に沿って回転中心Ｏ方向に延在するティース部１１２を有している。ティース部１１２は、ヨーク部１１１から径方向に沿って延在するティース基部１１２ａと、ティース基部１１２ａの先端側（回転中心Ｏ側）に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部１１２ｂを有している。ティース先端部１１２ｂの回転中心Ｏ側には、ティース先端面１１３が形成されている。ティース先端面１１３は、「固定子１１０の内周面」を形成する。
周方向に沿って隣接するティース部１１２により形成されるスロット１１４には、固定子巻線（図示省略）が挿入される。本実施形態では、固定子巻線は、集中巻き方式を用いてスロット１１４に挿入されている。勿論、分布巻き方式を用いることもできる。

【0012】

回転子１２０は、複数の電磁鋼板を積層した回転子コアにより構成される。回転子１２０は、軸方向に直角な断面で見て、主磁極部［Ａ］〜［Ｄ］と補助磁極部［ＡＢ］〜［ＤＡ］が周方向に沿って交互に配置されている。主磁極部［Ａ］〜［Ｄ］には、周方向に沿って延在する磁石挿入部１３０が形成され、磁石挿入部１３０には永久磁石１４０が挿入されている。
主磁極部［Ａ］〜［Ｄ］の磁石挿入部１３０に挿入される永久磁石１４０は、Ｎ極の主磁極部とＳ極の主磁極部が周方向に沿って交互に配置されるように着磁される。永久磁石１４０の着磁方法としては、永久磁石１４０を磁石挿入部１３０に挿入した状態で、固定子巻線に着磁電流を流す組込み着磁方法が用いられる。勿論、永久磁石１４０を磁石挿入部１３０に挿入する前に着磁する方法を用いることもできる。
永久磁石としては、種々の永久磁石を用いることができる。例えば、フェライト磁石、希土類磁石、テルビウムやディスプロシウムを含有するネオジウム磁石等を用いることができる。
回転子１２０は、回転軸（図示省略）が挿入される回転軸挿入孔１２２を有している。
また、回転子１２０は、図２には図示を省略しているが、カシメピン挿入孔１２３と通路孔１２４を有している。カシメピン挿入孔１２３は、ｑ軸と交差する位置に形成され、積層された複数の電磁鋼板を一体化するカシメピンが挿入される。通路孔１２４は、ｄ軸を挟んで周方向両側に形成され、圧縮機で用いられる冷媒、固定子１１０や回転子１２０を冷却する冷却媒体（例えば、空気）等が軸方向に沿って流れる。カシメピン挿入孔１２３および通路孔１２４の形状、数、配設位置等は適宜変更可能である。

【0013】

本実施形態では、磁石挿入部１３０は、平行に延在する直線状の第１の内壁１３０ａおよび第２の内壁１３０ｂと第１の外壁１３０ｃおよび第２の外壁１３０ｄ、直線状の第１の外周壁１３０ｅおよび第２の外周壁１３０ｇ、直線状の第１の端壁１３０ｆおよび第２の端壁１３０ｈ、第１の突部１３０ｘおよび第２の突部１３０ｙにより形成される１つの磁石挿入孔により構成されている。以下、「磁石挿入孔１３０」という。
磁石挿入孔１３０は、周方向に沿った中央部（ｄ軸に対応する部分）が両端部（ｑ軸側の端部）より回転子１２０の外周側に飛び出ている（以下、「外周側に飛び出ている」という）Ｖ字形状に形成されている。すなわち、平行に延在する直線状の第１の内壁１３０ａと第１の外壁１３０ｃ、第１の外周壁１３０ｅ、第１の端壁１３０ｆおよび第１の突部１３０ｘによりＶ字形状の一方側の辺が形成され、平行に延在する直線状の第２の内壁１３０ｂと第２の外壁１３０ｄ、第２の外周壁１３０ｇ、第２の端壁１３０ｈおよび第２の突部１３０ｙによりＶ字形状の他方側の辺が形成される。
磁石挿入孔１３０の第１の端壁１３０ｆは、隣接する主磁極部の磁石挿入孔１３０の第２の端壁１３０ｈと平行に延在している。

【0014】

永久磁石１４０は、磁石挿入孔１３０に挿入される第１の永久磁石片１４１および第２の永久磁石片１４２により構成されている。第１および第２の永久磁石片１４１および１４２は、平行に延在する直線状の内壁１４１ａおよび１４２ａと外壁１４１ｂおよび１４２ｂ、平行に延在する直線状の第１の端壁１４１ｃおよび１４２ｃと第２の端壁１４１ｄおよび１４２ｄにより形成される四角形状の断面を有している。
永久磁石１４０は、外周側に飛び出ているＶ字形状に配置されている。すなわち、第１の永久磁石片１４１がＶ字形状の一方側の片に沿って配置され、第２の永久磁石片１４２がＶ字形状の他方側の辺に沿って配置されている。

【0015】

磁石挿入孔１３０の、周方向に沿った両端の外周壁（第１の外周壁１３０ｅおよび第２の外周壁１３０ｇ）と回転子１２０の外周面１２１との間、すなわち、永久磁石１４０の、周方向に沿った両端の端壁（第１の永久磁石片１４１の、周方向に沿った一方側の第２の端壁１４１ｄおよび第２の永久磁石片１４２の、周方向に沿った他方側の第２の端壁１４２ｄ）と回転子１２０の外周面１２１との間には、第１のブリッジ部１６０ａおよび第２のブリッジ部１６０ｂが形成されている。
第１のブリッジ部１６０ａおよび第２のブリッジ部１６０ｂによって、回転子１２０の遠心力に対する強度が高められる。

【0016】

また、磁石挿入孔１３０の、周方向に沿った両端部、すなわち、永久磁石１４０の、周方向に沿った両端の端壁（第１の永久磁石片１４１の、周方向に沿った一方側の第２の端壁１４１ｄおよび第２の永久磁石片１４２の、周方向に沿った他方側の第２の端壁１４２ｄ）と磁石挿入部１３０の、周方向に沿った両端の端壁（第１の端壁２３０ｆおよび第２の端壁１３０ｈ）との間に、第１の空間部１５０ａおよび第２の空間部１５０ｂが形成されている。
第１の空間部１５０ａおよび第２の空間部１５０ｂによって、永久磁石１４０の、周方向に沿った両端部（以下、「永久磁石１４０の両端部」という）において、永久磁石１４０から発生する磁束が短絡されるのを防止することができる。

【0017】

本実施形態では、第１の突部１３０ｘおよび第２の突部１３０ｙによって、永久磁石１４０の位置（第１の永久磁石片１４１および第２の永久磁石片１４２の位置）を設定することができる。これにより、磁石挿入孔１３０の形状を大きく変更することなく、磁石挿入孔１３０の両端部（第１の永久磁石片１４１の第２の端壁１４１ｄおよび第２の永久磁石片１４２の第２の端壁１４２ｄと磁石挿入孔１３０の第１の端壁１３０ｆおよび第２の端壁１３０ｈとの間）に形成される第１の空間部１５０ａおよび第２の空間部１５０ｂの周方向に沿った長さを容易に変更することができる。したがって、永久磁石１４０の両端部における磁束の短絡を確実に防止することができる。
本実施形態では、第１の突部１３０ｘおよび第２の突部１３０ｙが、本発明の「位置決め部」に対応する。

【0018】

また、回転子１２０の外周面１２１は、主磁極部［Ａ］〜［Ｄ］のｄ軸と交差する第１の外周部分１２１ａと、補助磁極部［ＡＢ］〜［ＤＡ］のｑ軸と交差する第２の外周部分１２１ｂが交互に接続されて構成されている。第１の外周部分１２１ａと第２の外周部分１２１ｂは、接続部１２０Ａおよび１２０Ｂで接続されている。
第１の外周部分１２１ａは、ｄ軸上の回転中心Ｏを中心点とする、半径Ｒ１の（外周側に突状の）円弧形状に形成されている。また、第２の外周部分１２１ｂは、ｑ軸上であって、回転中心Ｏより第２の外周部分１２１ｂと反対側に離れた点Ｐを中心点とし、第１の曲線部分１２１ａの円弧形状の半径Ｒ１より大きい半径Ｒ２の（外周側に突状）の円弧形状に形成されている。すなわち、固定子１１０の内周面（ティース先端面１１３）と回転子１２０の外周面１２１との間の空隙（エアギャップ）は、ｑ軸に沿った間隔Ｇ２がｄ軸に沿った間隔Ｇ１より大きくなるように設定されている。
回転子１２０の外周面１２１を、半径Ｒ１の円弧形状に形成された第１の外周部分１２１ａと半径Ｒ２（半径Ｒ２＞半径Ｒ１）の円弧形状に形成された第２の外周部分１２１ｂを交互に接続して構成することにより、第１の外周部分１２１ａと第２の外周部分１２１ｂとの接続部１２０Ａおよび１２０Ｂにおける磁束量の変化を小さくすることができ、固定子巻線に誘起される誘起電圧の波形（起電力波形）に含まれる高調波成分を低減することができる。これにより、回転子位置検出センサを用いることなく、起電力波形に基づいて回転子の位置を検出するセンサレス制御方式の制御装置を用いた場合に、回転子の位置検出精度の低下による効率の低下を防止することができる。

【0019】

第１の実施形態では、磁石挿入部が突形状に形成（永久磁石が突形状に配置）されている。これにより、磁石表面積が増大し、磁束量（有効磁束量）が増大する。そして、磁束量が増大することにより、固定子巻線に流す電流を小さくすることができるため、銅損を低減することができる。
また、磁石挿入部が、外周側に飛び出ている突形状に形成（永久磁石が、外周側に飛び出ている突形状に配置）されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間の間隔が小さくなり、当該永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間を通る磁束により発生するリラクタンストルクが小さくなる。リラクタンストルクが小さくなることにより、鉄損が低減される。一方、永久磁石と回転子の外周面との間の間隔が小さくなることにより、電機子反作用による磁束量の低下が大幅に抑制される。これにより、鉄損を低減することができるとともに、磁束量（有効磁束量）を増大させることができ、効率が向上する。
さらに、第１の実施形態では、磁石挿入部がＶ字形状に形成（永久磁石がＶ字形状に配置）されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った中央部（ｄ軸の両側に永久磁石片が配置されている場合には、各磁石片の、ｄ軸側の端壁）と回転子の外周面との間の間隔を小さくすることができる。したがって、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。
また、回転子の外周面が、ｄ軸と交差する円弧形状（半径Ｒ１）の第１の外周部分と、ｑ軸と交差する円弧形状（半径Ｒ２＞半径Ｒ１）の第２の外周部分を交互に接続して構成されている。すなわち、ｑ軸に沿った空隙（エアギャップ）の間隔Ｇ２がｄ軸に沿った空隙の間隔Ｇ１より大きくなるように回転子の外周面が形成されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った両端部から発生する磁束が、空隙の間隔が小さい第１の外周部分側に流れ易くなり（空隙の間隔が大きい第２の外周部分側に流れ難くなり）、主磁極部の磁束量が増大する。さらに、固定子巻線に電流を流すことによって発生する磁束が、空隙の間隔が小さい第１の外周部分に流れ易くなり（空隙の間隔が大きい第２の外周部分に流れ難くなり）、永久磁石の両端部における、磁束集中による減磁を防止することができる。なお、起電力波形に含まれる高調波成分を低減することができるため、センサレス制御方式の（固定子巻線の起電力波形を用いて検出した回転子の位置に基づいて制御する）制御装置を用いる場合には、回転子の位置検出精度の低下による効率の低下を防止することができる。
また、永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられているため、永久磁石の両端部における磁束短絡を防止するための第１の空間部および第２の空間部を容易に変更することができる。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。

【0020】

本発明の永久磁石電動機の第２の実施形態を、図３、図４に示す。図３は、第２の実施形態の永久磁石電動機２００を軸方向に直角な方向から見た断面図であり、図４は、図３の部分拡大図である。
第２の実施形態の永久磁石電動機２００は、磁石挿入部２３０と永久磁石２４０の構成が第１の実施形態の永久磁石電動機１００と異なっている。したがって、以下では、第２の実施形態の永久磁石電動機２００の磁石挿入部２３０および永久磁石２４０の構成を説明する。なお、図３、図４において、磁石挿入部２３０および永久磁石２４０以外の構成要素に関しては、図１、図２に示されている符号と百番台の数字以外が同じである符号が付されている構成要素は同じ構成要素である。

【0021】

本実施形態では、磁石挿入部２３０は、周方向に沿って配置されている第１の磁石挿入孔２３１および第２の磁石挿入孔２３２により構成されている。第１および第２の磁石挿入孔２３１および２３２は、平行に延在する直線状の内壁２３１ａおよび２３２ａと外壁２３１ｂおよび２３２ｂ、直線状の外周壁２３１ｄおよび２３２ｄ、直線状の第１の端壁２３１ｃおよび２３２ｃ、直線状の第２の端壁２３１ｅおよび２３２ｅ、第１の突部２３１ｘおよび第２の突部２３２ｙにより形成される直線状の断面を有している。
磁石挿入部２３０は、外周側に飛び出ているＶ字形状に形成されている。すなわち、第１の磁石挿入孔２３１がＶ字形状の一方側の辺に沿って形成され、第２の磁石挿入孔２３２がＶ字形状の他方側の辺に沿って形成されている。
第１の磁石挿入孔２３１の、周方向に沿った他方側の第１の端壁２３１ｃと第２の磁石挿入孔２３２の、周方向に沿った一方側の第１の端壁２３２ｃは、平行に延在している。また、第１の磁石挿入孔２３１の、周方向に沿った一方側の第２の端壁２３１ｅは、隣接する主磁極部の第２の磁石挿入孔２３２の、周方向に沿った他方側の第２の端壁２３２ｅと平行に延在している。

【0022】

永久磁石２４０は、第１および第２の磁石挿入孔２３１および２３２に挿入される第１および第２の永久磁石片２４１および２４２により構成されている。第１および第２の永久磁石片２４１および２４２は、第１の実施形態と同様に、平行に延在する内壁２４１ａおよび２４２ａと外壁２４１ｂおよび２４２ｂ、平行に延在する第１の端壁２４１ｃおよび２４２ｃと第２の端壁２４１ｄおよび２４２ｄにより形成される四角形状の断面を有している。
永久磁石２４０は、外周側に飛び出ているＶ字形状に配置される。すなわち、第１の永久磁石片２４１がＶ字形状の一方側の辺に沿って配置され、第２の永久磁石片２４２がＶ字形状の他方側の辺に沿って配置されている。

【0023】

磁石挿入部２３０の、周方向に沿った両端の外周壁（第１の磁石挿入孔２３１の外周壁２３１ｄおよび第２の磁石挿入孔２３２の外周壁２３２ｄ）と回転子２２０の外周面２３１との間、すなわち、永久磁石２４０の、周方向に沿った両端の端壁（第１の永久磁石片２４１の、周方向に沿った一方側の第２の端壁２４１ｄおよび第２の永久磁石片２４２の、周方向に沿った他方側の第２の端壁２４２ｄ）と回転子２２０の外周面２２１との間には、第１のブリッジ部２６０ａおよび第２のブリッジ部２６０ｂが形成されている。また、第１の磁石挿入孔２３１と第２の磁石挿入孔２３２との間（第１の永久磁石片２４１と第２の永久磁石片２４２との間）には、第３のブリッジ部２６０ｃが形成されている。第３のブリッジ部２６０ｃによって、回転子２２０の遠心力に対する強度がより高められている。

【0024】

また、磁石挿入孔２３０の周方向に沿った両端部、すなわち、永久磁石２４０の、周方向に沿った両端の端壁（第１の永久磁石片２４１の第２の端壁２４１ｄおよび第２の永久磁石片２４２の第２の端壁２４２ｄ）と磁石挿入部２３０の、周方向に沿った両端の端壁（第１の磁石挿入孔２３１の第２の端壁２３１ｅおよび第２の磁石挿入孔２３２の第２の端壁２３２ｅ）との間には、永久磁石２４０の両端部における磁束の短絡を防止するための第１の空間部２５０ａおよび第２の空間部２５０ｂが形成されている。
本実施形態では、第１の突部２３１ｘおよび第２の突部２３２ｙによって、永久磁石２４０の位置（第１の永久磁石片２４１および第２の永久磁石片２４２の位置）を設定することができる。これにより、磁石挿入孔２３０の形状を大きく変更することなく、磁石挿入孔２３０の両端部（第１の永久磁石片２４１の第２の端壁２４１ｄおよび第２の永久磁石片２４２の第２の端壁２４２ｄと第１の磁石挿入孔２３１の第２の端壁２３１ｅおよび第２の磁石挿入孔２３２の第２の端壁２３２ｅとの間）に形成される第１の空間部２５０ａおよび第２の空間部２５０ｂの周方向に沿った長さを容易に変更することができる。したがって、永久磁石２４０の両端部における磁束の短絡を確実に防止することができる。

【0025】

また、回転子２２０の外周面２２１は、第１の実施形態と同様に、ｄ軸と交差する円弧状（半径Ｒ１）に形成された第１の外周部分２２１ａと、ｑ軸と交差する円弧形状（半径Ｒ２＞半径Ｒ１）に形成された第２の外周部分２２１ｂが交互に接続されて構成されている。

【0026】

第２の実施形態では、磁石挿入部が、外周側に飛び出ている突形状に形成（永久磁石が突形状に配置）されている。これにより、磁石表面積が増大して磁束量（有効磁束量）が増大する。また、永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間の間隔が小さくなり、当該永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間を通る磁束により発生するリラクタンストルクが小さくなり、リラクタンストルクに起因して発生する鉄損を低減することができる。一方、永久磁石と回転子の外周面との間の間隔が小さくなることにより、電機子反作用による磁束量の低下が大幅に抑制される。これにより、鉄損を低減することができるとともに、磁束量（有効磁束量）を増大させることができ、効率が向上する。
さらに、第２の実施形態では、磁石挿入部がＶ字形状に形成（永久磁石がＶ字形状に配置）されているため、永久磁石の、周方向に沿った中央部（ｄ軸の両側に永久磁石片が配置されている場合には、各永久磁石片の、ｄ軸側の端壁）と回転子の外周面との間の間隔を小さくすることができる。したがって、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。
また、磁石挿入部が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の磁石挿入孔によって構成されている（永久磁石が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の永久磁石片によって構成されている）ことにより、回転子の、遠心力に対する強度が高められている。
また、回転子の外周面が、ｄ軸と交差する円弧形状（半径Ｒ１）に形成された第１の外周部分とｑ軸と交差する円弧形状（半径Ｒ２＞半径Ｒ１）に形成された第２の外周部分を交互に接続して構成されている。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。

【0027】

本発明は、実施形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
永久磁石をＶ字形状に配置する態様あるいは磁石挿入部をＶ字形状に形成する態様としては、概略、永久磁石がＶ字形状に配置されあるいは磁石挿入部がＶ字形状に形成されていればよい。
実施形態では、主磁極部に磁石挿入孔を形成し、磁石挿入孔に永久磁石を挿入したが、永久磁石を配置する態様はこれに限定されない。例えば、接着や一体成形等により永久磁石を回転子に配置する態様を用いることもできる。すなわち、本発明は、「永久磁石が、外周側に飛び出ているＶ字形状に配置されている」永久磁石電動機として構成することもできる。
主磁極部の磁石挿入部を構成する磁石挿入孔の数や形状は、適宜変更可能である。
主磁極部に配置される永久磁石を構成する永久磁石片の数や形状は、適宜変更可能である。
永久磁石を位置決めするための位置決め部の形状や数は、適宜変更可能である。
回転子の外周面は、ｑ軸に沿った空隙の間隔Ｇ２がｄ軸に沿った空隙の間隔Ｇ１より大きくなる種々の形状に形成することができる。
本発明の永久磁石電動機は、種々の機器を駆動する電動機として用いることができる。

【符号の説明】

【0028】

１００、２００ 永久磁石電動機
１１０、２１０ 固定子
１１１、２１１ ヨーク部
１１２、２１２ ティース部
１１２ａ、２１２ａ ティース基部
１１２ｂ、２１２ｂ ティース先端部
１１３、２１３ ティース先端面
１１４、２１４ スロット
１２０、２２０ 回転子
１２１、２２１ 外周面
１２１ａ、２２１ａ 第１の外周部分
１２１ｂ、２２１ｂ 第２の外周部分
１２１Ａ、１２１Ｂ、２２１Ａ、２２１Ｂ 接続部
１２２、２２２ 回転軸挿入孔
１２３、２２３ カシメピン挿入孔
１２４、２２４ 通路孔
１３０、２３０ 磁石挿入部
１３０ａ、１３０ｂ、２３１ａ、２３２ａ 内壁
１３０ｄ、１３０ｅ、２３１ｂ、２３２ｂ 外壁
１３０ｅ、１３０ｇ、２３１ｄ、２３２ｄ 外周壁
１３０ｆ、１３０ｈ、２３１ｃ、２３１ｅ、２３２ｃ、２３２ｅ 端壁
１４０、２４０ 永久磁石
１４１、１４２、２４１、２４２ 永久磁石片
１４１ａ，１４２ａ、２４１ａ、２４２ａ 内壁
１４１ｂ、１４２ｂ、２４１ｂ、２４２ｂ 外壁
１４１ｃ、１４１ｄ、１４２ｃ、１４２ｄ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４２ｃ、２４２ｄ 端壁
１５０ａ、１５０ｂ、２５０ａ、２５０ｂ 空間部
１６０ａ、１６０ｂ、２６０ａ、２６０ｂ、２６０ｃ ブリッジ部
２３１、２３２ 磁石挿入孔
［Ａ］〜［Ｄ］ 主磁極部
［ＡＢ］〜［ＤＡ］ 補助磁極部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】