(57)【要約】      （修正有）【課題】残留磁束密度が０．６Ｔ以下の永久磁石を適用した永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システムにおいて、リラクタンストルクの有効活用を可能とし、トルク向上、効率向上を可能にする。【解決手段】永久磁石同期機は、内部に複数極を構成するよう配備された残留磁束密度が０．６Ｔ以下の永久磁石を有する回転子と、該回転子に対して所定のギャップを介して配置される固定子とを備える。永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、2014087142.tif 000023の関係を満足する。【選択図】図１
2014087142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のティースを有する固定子と、
該固定子に対して所定のギャップを介して内周側に配置される回転子と、を備えた永久磁石同期機において、
前記回転子は、内部に複数の極を構成するように複数の永久磁石が配置されるとともに、前記永久磁石の残留磁束密度は０．６Ｔ以下であり、
前記永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000019
の関係を満足することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記回転子は、径方向内側に凸となるよう構成された磁石収容孔を有し、
前記磁石収容孔にはフェライト磁石が配設され、
前記永久磁石は１極につき周方向に少なくとも２ヶ所の屈曲点を有するとともに、それぞれの屈曲点を始端として磁化方向に対して垂直方向かつ極の端部側に向けて伸びる少なくとも２ヶ所の直線部分を有することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項３】
複数のティースを有する固定子と、
該固定子に対して所定のギャップを介して内周側に配置される回転子と、を備えた永久磁石同期機において、
前記回転子は、内部に複数の極を構成するように複数の永久磁石が配置されるとともに、
前記永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000020
の関係を満足することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項４】
内部に複数極を構成するよう配備されたＳＭＦｅＮを主成分とする磁石を有する回転子と、該回転子に対して所定のギャップを介して配置される固定子と、を備えた永久磁石同期機において、
前記永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000021
の関係を満足することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項５】
請求項１から４において、
前記永久磁石同期機の周囲温度が８０℃以上の状態で連続的または断続的に駆動されることを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項６】
請求項１から５において、
インバ−タから前記永久磁石同期機に供給される電流の位相が、前記永久磁石による固定子コイル一相分の誘導起電力の位相に対して、２２．５°〜４５．０°の進み位相となるように制御することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項７】
冷媒を吸い込んで圧縮し吐出する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する永久磁石モ−タを備えた圧縮機において、
前記永久磁石モ−タは、内部に複数極を構成するよう配備された残留磁束密度が０．６Ｔ以下の永久磁石を有する回転子と、該回転子に対して所定のギャップを介して配置される固定子と、を備え、
前記永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000022
の関係を満足するとともに、
前記圧縮機にはＲ３２冷媒が封入されていることを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石同期機、及びこれを用いた駆動システム、圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期機では、回転子に永久磁石を埋設するＩｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ（以下、ＩＰＭ）構造が広く採用されている。ＩＰＭ構造では、直軸インダクタンスＬｄと横軸インダクタンスＬｑの比、いわゆる突極比が大きくなるので、磁石トルクに加えリラクタンストルクの活用が可能であるとされてきた。  特許文献１では、突極比が大きくなる構成において、さらに通電位相を最適に制御することでトルク向上が図れる技術を公開している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１９８７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩＰＭ構造の永久磁石同期機に埋設する永久磁石には、ネオジムを主成分としない安価でかつ安定調達が可能な磁石、例えばフェライト磁石の採用が望まれている。フェライト磁石の残留磁束密度はネオジウム磁石の約１／３であるため、磁石トルクの低下分をカバ−するためにはリラクタンストルクの活用が不可欠と言える。
【０００５】
しかしながら、用途や出力、およびモ−タ体格によっては、仮にＩＰＭ構造としても、すなわち突極比を大きくしてもリラクタンストルクを活用できないものがある。これは、リラクタンストルクの大きさが突極比の大小のみに依存するのではなく、磁石トルクとの相対関係にも依存するためであるが、従来の設計理論ではこのような観点が見逃されていた。このため、リラクタンストルクが活用できず出力向上や効率向上が図れない一方で、突極比が大きいゆえにインダクタンスが大きいため、鉄損増加を招いたり、高速化が困難となったりする場合があった。
【０００６】
本発明の目的は、残留磁束密度が０．６Ｔ以下の永久磁石を適用した永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システムにおいて、リラクタンストルクの有効活用を可能とし、トルク向上、効率向上を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
内部に複数極を構成するよう配備された残留磁束密度が０．６Ｔ以下の永久磁石を有する回転子と、該回転子に対して所定のギャップを介して配置される固定子と、を備えた永久磁石同期機において、
前記永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000003
の関係を満足することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によればトルクおよび効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施例における構成の説明図
【図２】本発明の第１の実施例におけるトルク特性の説明図
【図３】本発明の第２の実施例における永久磁石同期機の１極分の部分断面図
【図４】本発明の第２の実施例における温度依存性の説明図
【図５】本発明の第３の実施例における構成の説明図
【図６】本発明の第４の実施例における構成の説明図
【図７】本発明の第５の実施例における圧縮機の断面構造図
【図８】従来の永久磁石同期機の１極分の部分断面図
【図９】４極６スロット三相モータの斜視図
【図１０】４極６スロット三相モータの固定子コイル接続図
【図１１】永久磁石モータのベクトル図
【図１２】永久磁石モータのベクトル図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の記号を付してある。それらの名称および機能は同じであり、重複説明は避ける。また、以下の説明では内転型回転子を対象としているが、本発明の効果は内転型回転子に限定されるものではなく、同様の構成を有する外転型回転子にも適用可能である。また、固定子の巻線方式は集中巻でも良いし分布巻でも良い。また、回転子の極数、固定子コイルの相数も、実施例の構成に限定されるものではない。また、以下の説明ではインバータ駆動の永久磁石モータを対象としているが、本発明の効果は自己始動型永久磁石モータにも適用可能である。
【実施例１】
【００１１】
図１に本発明の第１の実施例を示す。本発明は、永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（Ｗｂ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000004
の関係を満足するように、残留磁束密度が０．６Ｔ以下の永久磁石を適用した永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システムを構成する。
【００１２】
ここでまず、上記の物理量ならびにリラクタンストルクの発生原理に関して図９〜１１を用いて説明する。  
図９は４極６スロット三相モータの斜視図であり、固定子９は固定子鉄心１０とティース１１に巻回された固定子巻線１２とで構成され、回転子１は固定子９に対してギャップを介して回転自在に保持されると同時に、回転子１は永久磁石挿入孔４を備えた回転子鉄心２と、４極（極対数ｐ＝２）を構成するよう配備された永久磁石３とで構成される。固定子巻線１２は三相の巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを順に周方向に配置することで構成され、例えば図１０に示すように直列に接続されたＵ相巻線１２ｕ１、１２ｕ２には、インバータから波高値Ｉ（このときの実行値をＩｒｍｓとする）の交流電流ｉｕが供給される。Ｖ相、Ｗ相に関しても同様であるが、各相の電流位相は電気角で１２０°ずつずれている。ＩやＩｒｍｓの大きさは、ワットメータ等の機器を用いることで求めることができるほか、オシロスコープなどで電流波形を取得してフーリエ解析することでも求めることができる。
【００１３】
回転子１と機械的に結合されたシャフト６は負荷に連結され、電流Ｉの大きさと位相を適当に選定することで、負荷と釣り合うような回転トルクＭｅが発生する。固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐは、図１０に示すＵ、Ｖ、Ｗの端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗを開放した状態で回転子を外部駆動し、その時の相電圧波高値Ｅ０、または線間電圧波高値Ｅ０＊√３を測定することで求めることができる。具体的には、回転数Ｎで外部駆動した時の角周波数ωを式（２）から求め、それを式（３）に代入して得られる。
ω＝２π＊Ｎ／６０＊ｐ    （ｐ：極対数）          （２）
Ψｐ＝Ｅ０／ω         （３）
【００１４】
ところで、磁石モータのトルクＭｅは一般に、固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の通電電流が生成する回転磁界と、回転子磁極との吸引・反発によって発生する。回転子磁極とは、磁石モータの場合、磁石によって形成される磁界を指すことが多いが、リラクタンストルクを考慮するときには、回転磁界の影響により回転子鉄心が磁化することで形成される磁界も磁極の一種として考えるとわかりやすい。なお、磁石モータの同期運転時における電流や磁束は交流量であるため、  ｄｑ軸座標系（回転座標系）に変換し直流量として扱う方法が一般的である。一般に、ｄｑ軸座標系では回転子の磁極中心軸をｄ軸とし、ｄ軸に対して反時計回りに電気角で９０°進んだ軸、すなわち極性の異なる永久磁石間の中心軸をｑ軸とする。この場合、回転子位置によらず、ｄｑ軸と回転磁界との相対的な位置関係のみでトルク等の諸物理量を考察することが可能となる。
【００１５】
図１１に磁石モータのトルク発生原理を示す。図において、反時計回りを正方向としている。図１１（ａ）に磁石トルクを、図１１（ｂ）、（ｃ）にｄ軸電流が負の場合に生じるリラクタンストルクを示す。図１１（ａ）に示すように、磁石トルクはｄ軸に発生する磁石磁束とｑ軸電流により形成される磁界との吸引および反発によって生じるトルクである。このとき、磁石磁束とｄ軸電流磁界との間には径方向の反発力が発生するが、回転力は生じない。一方で、図１１（ｂ）に示すように、ｑ軸電流磁界により回転子ｑ軸が磁化される場合、ｄ軸電流磁界との間に吸引力および反発力が生じる。これがリラクタンストルクであり、ｄ軸電流が負の場合、すなわち弱め界磁運転時には正のトルクが得られ、増磁作用時には負のトルクとなる。同様にして、図１１（ｃ）に示すように回転子ｄ軸が磁化されやすい場合も、ｑ軸電流磁界との関係でリラクタンストルクが発生し、こちらは弱め界磁運転時に負のトルク、増磁作用時には正のトルクとなる（一般的には図１１（ｂ）と（ｃ）の和をリラクタンストルクと呼ぶ）。
【００１６】
磁石トルクはｑ軸電流一定の下であれば磁石の発生する磁束量に比例する。すなわち、磁石トルクを増加させるには磁石量を増やしたり、強力な磁石を用いたりする必要があり、コスト増を招く。これに対し、リラクタンストルクはｑ軸とｑ軸のインダクタンスの差に比例するため、両者の差が大きくなるように回転子磁気回路を構成することで、ある一定量までトルクの増加を図ることができると考えられてきた。
【００１７】
さて、式（１）の構成物理量のうち、Ψｐ、Ｉｒｍｓは上述の要領で求められるのに対し、Ｌｄ、Ｌｑの求め方に関しては、ダルトン・カメロン法などのような回転子静止法か、または以下で述べるようなベクトル図から逆算する方法がある。
【００１８】
図１２にｄｑ軸座標系のベクトル図を示す。すなわち、永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐの位相を基準として、これをｄ軸とみなし、Ψｐの時間微分である誘導起電力Ｅ０は位相が９０°進んだｑ軸に発生する。モータに印加される電圧Ｖとモータに通電される電流Ｉが、Ｅ０に対してそれぞれθ、βの位相差をもつとき、Ｖ、Ｉは式（４）、（５）に示すようにｄ軸成分、ｑ軸成分に分解できる。  
2014087142.tif 000005
2014087142.tif 000006
【００１９】
なお、図１２の抵抗Ｒはホイートストーンブリッジなどの抵抗測定器を用いることで計測可能である。また、電圧位相差角θ、電流位相差角βに関しては、Ｅ０、Ｖ、Ｉの波形を取得し、各基本波成分の位相関係を割り出すことで求めることができる。図１２では相電圧、相電流の波形を用いた場合を表しているが、例えば相電圧の代わりに線間電圧を取得している場合でも、相電圧と線間電圧の位相差を考慮することで、同様にしてθ、βを求めることができる。
【００２０】
上記で得られた物理量を用いて、Ｌｄ、Ｌｑは式（６）の電圧方程式から求めることができる。  
2014087142.tif 000007
【００２１】
以上、式（１）の物理量ならびにリラクタンストルクの発生原理に関して説明した。
【００２２】
次に、本発明の基本原理、すなわち、式（１）で述べた構成によって、用途や出力、およびモ−タ体格に拘わらずリラクタンストルクの有効活用が可能となり、トルク向上、効率向上を図ることができる原理を説明する。
【００２３】
一般に発生トルクＭｅは、極対数ｐ、永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ、直軸電流Ｉｄ、横軸電流Ｉｑを用いて次式で表される。  
2014087142.tif 000008
ただし、Ｉｄ、Ｉｑ、Ψｐは波高値である。  
式（７）において、｛  ｝内第一項が磁石トルクを、第二項がリラクタンストルクを表している。この式から明らかなように、リラクタンストルクはＬｑ−Ｌｄ、Ｉｄ、Ｉｑにそれぞれ比例する。このため、従来はリラクタンストルクの大きさの指標として突極比Ｌｑ／Ｌｄ、またはＬｑ−Ｌｄが用いられていた。しかしながら、リラクタンストルクが発生トルクＭｅにどれだけ寄与するかは、磁石トルクとの相対関係で決まる。したがって、リラクタンストルクの大きさを表す指標には、従来の突極比に加え、磁石トルクとの相対関係を加味できる別の物理量を新たに導入する必要がある。
【００２４】
ここで、磁石トルクは電流位相差角β＝０のときに最大となり、その最大値Ｍｐ、ｍａｘは式（５）、（７）より次式で表せる。  
2014087142.tif 000009
【００２５】
一方、リラクタンストルクはβ＝π／４（電気角で４５  ｄｅｇ．）のときに最大となり、その最大値Ｍｒ、ｍａｘは式（５）、（７）より次式で表せる。  
2014087142.tif 000010
【００２６】
式（８）と（９）の比が、リラクタンストルクの大きさを表す指標に他ならないので、この比をリラクタンストルク比αと定義する。電流波高値Ｉを用いる場合は  
2014087142.tif 000011
【００２７】
となり、電流実効値Ｉｒｍｓを用いる場合は  
2014087142.tif 000012
となる。本発明では電流実効値Ｉｒｍｓを用いた式（１１）を使用する。
【００２８】
式（１１）から明らかなように、リラクタンストルクの大きさを表す指標として、従来のＬｄ、Ｌｑに加え、Ψｐ、Ｉｒｍｓが新たに導入されていることがわかる。このうち、Ψｐは永久磁石の物性と形状、固定子巻線仕様、モ−タ断面形状によって決定され、一般的な誘導起電力測定試験から求めることができる。同様に、Ｌｄ、Ｌｑもモ−タ構成と通電電流Ｉｒｍｓによって決定され、一般的なモ−タインダクタンス測定法によって求めることができる。したがって、Ψｐ、Ｌｄ、Ｌｑはモ−タ毎に決まる定数であり、式（１１）はαとＩｒｍｓの線形関数として扱うことができる。
【００２９】
リラクタンストルク比αは、式（１１）の右辺、特に電流値を変化させることで任意の値を採ることができるが、発生トルク向上、効率向上の観点から言えば、図２に示すようにリラクタンストルクＭｒが最大となるβ＝４５  ｄｅｇ．において、発生トルクＭｅが磁石トルク最大値Ｍｐ、ｍａｘと同等かそれ以上となることが望ましい。すなわち、  
2014087142.tif 000013
の関係が成り立てば良い。式（１２）を整理すると、
2014087142.tif 000014
となり、さらに式（１１）を用いて変形すると式（１）を得る。
【００３０】
以上より、リラクタンストルクの大きさを表す指標として、従来のＬｄ、Ｌｑに加え、Ψｐ、Ｉｒｍｓを導入する必要があること、用途や出力、およびモ−タ体格に拘わらずリラクタンストルクを有効活用するためには式（１）の関係式を満足する必要があることを示した。
【００３１】
ところで、上述した永久磁石同期機を駆動する場合、電流位相差角βは制御ソフトの構成によって任意に設定できるが、式（１）を満足するような構成においては、発生トルクが最大となる制御動作点は２２．５  ｄｅｇ．  ≦  β  ≦  ４５．０  ｄｅｇ．の範囲に存在する。したがって、前記の位相となるように制御することで、より確実にトルク向上、効率向上を図ることができる。
【実施例２】
【００３２】
以下、図面を用いて本発明の第２の実施例について説明する。  
図３は本実施例による永久磁石同期機の１極分の部分断面図を示す図である。実施例１に示した構成および制御方法を図３の構成に適用することで、リラクタンストルクのさらなる増加を図ることができる。図３に示す回転子１は、径方向内側に凸となるよう構成された磁石収容孔４を有し、前記収容孔４には永久磁石３（図示していない）が配設され、前記永久磁石３は１極につき周方向に２ヶ所の屈曲点を有するとともに、それぞれの屈曲点を始端として磁化方向に対して垂直方向かつ極の端部側に向けて伸びるように構成している。永久磁石３には、フェライト磁石のような残留磁束密度が低い永久磁石を使用する。永久磁石３は、３カ所以上の複数の屈曲点および直線部分を有するように構成してもよい。
【００３３】
このような磁石形状とすることで、磁石磁束発生面の表面積を大きくできるので、図８に示すようなＵ字形の磁石を使用したものよりも大きな磁石トルクを発生することが可能となる。同時に、永久磁石３の径方向外周部の鉄心断面積が大きくなるので、突極比が大きくなり、図８よりも大きなリラクタンストルクを発生することが可能となる。なお、永久磁石３は１極につき周方向に分割されることなく一体で構成しても良いし、複数個を周方向に分割して配置しても良い。また、軸方向に複数個を分割して構成しても良いし、分割することなく一体で構成しても良い。回転子鉄心２は軸方向に積み重ねた積層鋼板で構成しても良いし、圧粉磁心などで構成しても良いし、アモルファス金属などで構成しても良い。
【００３４】
さらに本発明によれば、周囲温度が８０℃以上の状態で連続的または断続的に駆動される永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システムで、より効果的にトルク向上、効率向上を図ることができる。この理由を以下に説明する。常温（２０℃）でのフェライト磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）はネオジウム磁石の１／３であることが知られているが、フェライト磁石のＢｒの温度係数はネオジム磁石の２倍以上であるため、高温になるほどＢｒの低下が顕著となる。
【００３５】
具体的には、ネオジム磁石の温度係数が−０．１１  ％／Ｋ程度であるのに対し、フェライト磁石は−０．２６  ％／Ｋ程度である。したがって、図３に示すように、周囲温度が上昇するほどネオジム磁石に対するＢｒ比は低下していく。特に、周囲温度が８０℃以上の場合にはＢｒの低下傾向が顕著化する。したがって、磁石トルクの低下が顕著となるが、本発明を適用することでリラクタンストルクの有効活用が可能となるので、トルクおよび効率を向上できる。
【実施例３】
【００３６】
以下、図面を用いて本発明の第３の実施例について説明する。  
図５に本発明の第３の実施例を示す。図５の構成が図１と異なる点は、Ψｐ、Ｉｒｍｓ、Ｌｄ、Ｌｑの関係が、  
2014087142.tif 000015
となることであり、他の構成は図１と同一であるので説明を省略する。
【００３７】
現在、ネオジム磁石を用いた永久磁石同期機は家電や自動車など幅広い分野に適用されており、それらの代替としての役割がフェライト磁石を用いた永久磁石同期機に求められている（ここでいう「代替」とは動力源としての代替ではなく、トルク特性や効率特性が従来とほぼ同等レベルを維持できることを指す。性能低下が許容されない理由として、業界各社の激しい性能競争に加え、地球温暖化防止に向けたＣＯ２削減目標値の存在や、我が国の原発事故を発端とする世界的なエネルギ−供給体制の見直し、ならびにエネルギ−消費抑制ニ−ズの高まりなどが挙げられる）。
【００３８】
ただし、これまでに開発されてきたネオジム磁石を用いた永久磁石同期機は、その開発過程におけるカット＆トライの結果として、式（１）に示すような構成に落着いているものが少なくない。したがって、それらと同等以上のトルクや効率をフェライト磁石で達成するためには、リラクタンストルクのさらなる活用が不可欠となる。例えば、ネオジム磁石を用いた永久磁石同期機において、リラクタンストルク比αが０．２９３となっている場合、磁石トルクが発生トルクに占める割合は０．７０７である。これをフェライト磁石で置き換えようとすると、磁石トルクは１／３に低下してしまうので、低下分をリラクタンストルクでカバ−する必要がある。すなわち、リラクタンストルク比αを  
2014087142.tif 000016
【００３９】
以上にする必要がある。
【００４０】
以上より、式（１４）を満足するようフェライト磁石を適用した永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システムを構成することで、用途や出力、およびモ−タ体格に拘わらずリラクタンストルクの有効活用が可能となり、トルク向上、効率向上を図ることができると同時に、ネオジム磁石を用いた永久磁石同期機の代替を図ることが可能となる。
【実施例４】
【００４１】
以下、図面を用いて本発明の第４の実施例について説明する。  
図６に本発明の第４の実施例を示す。図６の構成が図１と異なる点は、Ψｐ、Ｉｒｍｓ、Ｌｄ、Ｌｑの関係が、
2014087142.tif 000017
の関係を満足し、ＳｍＦｅＮを主成分とする磁石（以下、ＳｍＦｅＮ磁石）を適用した永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システムを構成することである。他の構成は図１と同一であるので説明を省略する。
【００４２】
ＳｍＦｅＮ磁石は残留磁束密度がネオジム磁石の１／２と小さいものの、フェライト磁石よりも大きいため、ネオジム磁石の代替として有用である。実施例３と同様に、リラクタンストルク比αが０．２９３となるネオジム磁石同期機をＳｍＦｅＮ磁石で置き換えようとすると、磁石トルクは１／２に低下してしまうので、低下分をリラクタンストルクでカバ−する必要がある。すなわち、リラクタンストルク比αを  
2014087142.tif 000018
以上にする必要がある。
【００４３】
以上より、式（１１）を満足するようＳｍＦｅＮ磁石を適用した永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システムを構成することで、用途や出力、およびモ−タ体格に拘わらずリラクタンストルクの有効活用が可能となり、トルク向上、効率向上を図ることができると同時に、ネオジム磁石を用いた永久磁石同期機の代替を図ることが可能となる。
【実施例５】
【００４４】
以下、図面を用いて本発明の第５の実施例について説明する。  
図７は、本実施例による圧縮機の断面構造図である。図７において、圧縮機構部は、固定スクロ−ル部材１３の端板１４に直立する渦巻状ラップ１５と、旋回スクロ−ル部材１６の端板１７に直立する渦巻状ラップ１８とを噛み合わせて形成されている。そして、旋回スクロ−ル部材１６をクランクシャフト６によって旋回運動させることで圧縮動作を行う。固定スクロ−ル部材１３及び旋回スクロ−ル部材１６によって形成される圧縮室１９（１９Ａ、１９Ｂ、……）のうち、最も外径側に位置している圧縮室１９は、旋回運動に伴って両スクロ−ル部材１３、１６の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。
【００４５】
両圧縮室１９Ａ、１９Ｂが両スクロ−ル部材１３、１６の中心近傍に達すると、両圧縮室１９内の圧縮ガスは圧縮室１９と連通した吐出口２０から吐出される。吐出された圧縮ガスは、固定スクロ−ル部材１３及びフレ−ム２１に設けられたガス通路（図示せず）を通ってフレ−ム２１下部の圧力容器２２内に至り、圧力容器２２の側壁に設けられた吐出パイプ２３から圧縮機外に排出される。圧力容器２２内に、固定子９と回転子１とで構成される永久磁石モ−タ１０３が内封されており、回転子１が回転することで、圧縮動作を行う。永久磁石モ−タ１０３の下部には、油溜め部２５が設けられている。油溜め部２５内の油は回転運動により生ずる圧力差によって、クランクシャフト６内に設けられた油孔２６を通って、旋回スクロ−ル部材１６とクランクシャフト６との摺動部、滑り軸受け２７等の潤滑に供される。圧力容器２２の側壁には固定子コイル１２を圧力容器２２の外側に引き出すための端子箱３０が設けられ、例えば、三相永久磁石モ−タの場合は、Ｕ、Ｖ、Ｗ各巻線の端子が計３個、納められている。
【００４６】
現在の家庭用・業務用空調機では、圧縮用機２２内にＲ４１０Ａ冷媒が封入されているものが多く、永久磁石モ−タ１０３の周囲温度は８０℃以上となることが多い。今後、地球温暖化係数がより小さいＲ３２冷媒の採用が進むと周囲温度はさらに上昇するため、磁石のＢｒ低下がより顕著なる。このような場合でも、本発明の実施例１〜４記載の構成を適用することで、トルク向上、効率向上を図ることができる。  
なお、圧縮機構成は図７記載のスクロ−ル圧縮機でも良いし、ロ−タリ圧縮機でも良い、その他の圧縮機構を有する構成でも良い。なお本発明によれば、以上に説明したように小形で高出力のモータが実現できる。すると高速運転が可能になるなど、運転範囲を広げることが可能となり、さらには、ＨｅやＲ３２などの冷媒においては、Ｒ２２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａなどの冷媒に比べ、隙間からの漏れが大きく、特に低速運転時には循環量に対する漏れの比率が顕著に大きくなるため、効率低下が大きい。低循環量（低速運転）時の効率向上のため、圧縮機構部を小型化し、同じ循環量を得るために回転数を上げることで、漏れ損失を低減させることが有効な手段となりうるが、最大循環量を確保するために最大回転数も上げる必要がある。本発明によれば、最大トルクを大きくすることが可能となるため、最大回転数を上げることが可能となり、ＨｅやＲ３２などの冷媒における効率向上に有効な手段となる。
【符号の説明】
【００４７】
１…回転子、２…回転子鉄心、３…永久磁石、４…永久磁石挿入孔、５…カシメ用リベット、６…シャフト又はクランクシャフト、９…固定子、１０…固定子鉄心、１１…ティース、１２…固定子コイル、１３…固定スクロ−ル部材、１４…端板、１５…渦巻状ラップ、１６…旋回スクロ−ル部材、１７…端板、１８…渦巻状ラップ、１９…圧縮室、２０…吐出口、２１…フレ−ム、２２…圧力容器、２３…吐出パイプ、２５…油溜部、２６…油孔、２７…滑り軸受け、３０…端子箱、１０３…永久磁石モ−タ。
【図１】
2014087142.tif 000024
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014087142.tif 000033
【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月24日(2013.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のティースを有する固定子と、
該固定子に対して所定のギャップを介して内周側に配置される回転子と、を備えた永久磁石同期機において、
前記回転子は、内部に複数の極を構成するように複数の永久磁石が配置されるとともに、前記永久磁石の残留磁束密度は０．６Ｔ以下であり、
前記永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000036
の関係を満足することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記回転子は、径方向内側に凸となるよう構成された磁石収容孔を有し、
前記磁石収容孔にはフェライト磁石が配設され、
前記永久磁石は１極につき周方向に少なくとも２ヶ所の屈曲点を有するとともに、それぞれの屈曲点を始端として磁化方向に対して垂直方向かつ極の端部側に向けて伸びる少なくとも２ヶ所の直線部分を有することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項３】
複数のティースを有する固定子と、
該固定子に対して所定のギャップを介して内周側に配置される回転子と、を備えた永久磁石同期機において、
前記回転子は、内部に複数の極を構成するように複数の永久磁石が配置されるとともに、
前記永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000037
の関係を満足することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項４】
内部に複数極を構成するよう配備されたＳＭＦｅＮを主成分とする磁石を有する回転子と、該回転子に対して所定のギャップを介して配置される固定子と、を備えた永久磁石同期機において、
前記永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000038
の関係を満足することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項５】
請求項１から４において、
前記永久磁石同期機の周囲温度が８０℃以上の状態で連続的または断続的に駆動されることを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項６】
請求項１から５において、
インバ−タから前記永久磁石同期機に供給される電流の位相が、前記永久磁石による固定子コイル一相分の誘導起電力の位相に対して、２２．５°〜４５．０°の進み位相となるように制御することを特徴とする永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システム。
【請求項７】
冷媒を吸い込んで圧縮し吐出する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する永久磁石モ−タを備えた圧縮機において、
前記永久磁石モ−タは、内部に複数極を構成するよう配備された永久磁石を有する回転子と、該回転子に対して所定のギャップを介して配置される固定子と、を備え、
前記永久磁石による固定子コイル一相分の鎖交磁束Ψｐ（ＷＢ）と、電流実効値Ｉｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を該コイルに通電した時の直軸インダクタンスＬｄ（Ｈ）および横軸インダクタンスＬｑ（Ｈ）とが、
2014087142.tif 000039
の関係を満足するとともに、
前記圧縮機にはＲ３２冷媒が封入されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項８】
請求項７において、前記永久磁石の残留磁束密度が０．６Ｔ以下であることを特徴とする圧縮機。