(57)【要約】【課題】低振動、高効率及び剛性（高回転）を考慮したトータルバランスに優れたモータを提供する。【解決手段】円筒状をなすヨークの内周部に中心軸に向かって形成された複数のティースを有し、前記複数のティースに分布巻きで巻線が巻かれたステータと、前記ステータの内部に回転可能に設けられ、中心軸側に凸となるようにＶ字状に配置された２つの永久磁石からなる複数の磁極が周方向に等間隔に形成されたロータとを備え、前記ロータが、前記２つの永久磁石それぞれの径方向外側端部に形成された空隙からなる外側フラックスバリアと、前記２つの永久磁石それぞれの径方向内側端部に形成された空隙からなる内側フラックスバリアとを有し、前記２つの永久磁石それぞれの内側フラックスバリアが互いに空間的に繋がっており、前記外側フラックスバリアよりも径方向外側に形成されるブリッジ部の磁束密度を１．８〜１．９Ｔとした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状をなすヨークの内周部に中心軸に向かって形成された複数のティースを有し、前記複数のティースに分布巻きで巻線が巻かれたステータと、
前記ステータの内部に回転可能に設けられ、中心軸側に凸となるようにＶ字状に配置された２つの永久磁石からなる複数の磁極が周方向に等間隔に形成されたロータとを備え、
前記ロータが、
前記２つの永久磁石それぞれの径方向外側端部に形成された空隙からなる外側フラックスバリアと、
前記２つの永久磁石それぞれの径方向内側端部に形成された空隙からなる内側フラックスバリアとを有し、
前記２つの永久磁石それぞれの内側フラックスバリアが互いに空間的に繋がっており、
前記外側フラックスバリアよりも径方向外側に形成されるブリッジ部の磁束密度を１．８〜１．９Ｔとしたことを特徴とする埋込磁石型モータ。
【請求項２】
互いに隣接する前記磁極の間に形成される磁極間距離をＡとし、前記ティースの幅寸法をＢとしたときに、Ａ＝ｋ×Ｂ（但し、ｋは１．６５〜１．７５）の関係を満たす請求項１記載の埋込磁石型モータ。
【請求項３】
前記磁極間距離が、互いに隣接する前記磁極において、互いに隣接する前記外側フラックスバリアの間に形成される磁束通路の幅寸法である請求項２記載の埋込磁石型モータ。
【請求項４】
前記外側フラックスバリアが、前記永久磁石の径方向外側端面から当該永久磁石の平板方向に沿って外側に形成された第１空間部分と、前記ブリッジ部の幅寸法が同一となるように、前記永久磁石よりもＶ字外側に形成された第２空間部分とを有する請求項１乃至３の何れか一項に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項５】
前記外側フラックスバリアの外側端部の周方向寸法が、前記ブリッジ部の幅寸法に対して５倍以上である請求項４記載の埋込磁石型モータ。
【請求項６】
前記Ｖ字状に配置された永久磁石の開き角度が１００度から１２０度であり、
前記Ｖ字状に配置された永久磁石のＶ字頂点が前記ティースの中心線上に位置する状態において、前記永久磁石の径方向外側端部に最も近い位置のティースの先端面が、前記ロータの外周面における前記Ｖ字状に配置された永久磁石の内側部分に対向している請求項１乃至５の何れか一項に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項７】
前記ティース間に形成されたスロットが、互いに隣り合う前記磁極間に相対して、１．５〜３個位置するように構成されている請求項１乃至６の何れか一項に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項８】
前記磁極を構成する２つの永久磁石の径方向内側端部が互いに密着している請求項１乃至７の何れか一項に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の埋込磁石型モータを有する圧縮機。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の埋込磁石型モータを有する圧縮機を用いた空気調和機。
【請求項１１】
円筒状をなすヨークの内周部に中心軸に向かって形成された複数のティースを有し、前記複数のティースに分布巻きで巻線が巻かれたステータと、前記ステータの内部に回転可能に設けられ、中心軸側に凸となるようにＶ字状に配置された２つの永久磁石からなる複数の磁極が周方向に等間隔に形成されたロータとを備え、前記ロータが、前記２つの永久磁石それぞれの径方向外側端部に形成された空隙からなる外側フラックスバリアと、前記２つの永久磁石それぞれの径方向内側端部に形成された空隙からなる内側フラックスバリアとを有し、前記２つの永久磁石それぞれの内側フラックスバリアが互いに空間的に繋がっている埋込磁石型モータにおいて、前記外側フラックスバリアよりも径方向外側に形成されるブリッジ部の磁束密度が１．８〜１．９Ｔとなるように使用する埋込磁石型モータの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋込磁石型モータ及び当該埋込磁石型モータの使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高効率モータとして、マグネットトルクの他にリラクタンストルクを利用した埋込磁石型モータ（以下、ＩＰＭモータ）が用いられている。リラクタンストルクとは、ｄ軸インダクタンス（Ｌｄ）とｑ軸インダクタンス（Ｌｑ）との突極性を利用して発生させる力であり、ＬｄとＬｄに突極性を持たせるために、永久磁石をＶ字状に配置する場合が多い。ところが、単に永久磁石をＶ字状に配置するだけでは、磁石とステータ間に流れる磁束が不均一となり、コギングトルクが増大するため、モータ駆動時においてトルクリップルの増大及び振動の増大に繋がる。
【０００３】
このため、コギングトルクを低減するために、特許文献１に示すように、ロータ形状を変更したり、特許文献２に示すように、ステータのティース形状を変更したり、或いは、特許文献３に示すように、ロータにスリットを形成する等の構成が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−９９１９３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３４６０１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１０１５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ロータに埋め込まれる磁石の配置に関しては、通常、磁極間距離、各磁極を構成する磁石間距離、磁石角度、磁石長さを最適化することで、コギングトルクの低減を行う場合が多い。この場合、最も効果的な手段は、磁極間距離を変化させることである。なぜなら、コギングトルクとは、磁石とステータとの間で発生する吸引力であるため、出来るだけティースに流れる磁束を均一にする必要があるからである。
【０００６】
例えば、磁極間距離が大き過ぎると、ティースに流れる磁束が不均一となり、コギングトルクが増大する。一方で、磁極間距離が小さすぎると、コギングトルクは減少するが、磁石間で磁束の短絡が発生し、誘起電圧が減少して、モータ効率が悪化する。このため、磁極間距離を決定する際には、多くの解析や評価が必要となり、磁束の流れを変更することで誘起電圧が低下し、モータ効率が悪化する場合が多い。
【０００７】
そこで、本発明は、低振動、高効率及び剛性（高回転）を考慮したトータルバランスに優れたモータを提供することを主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る埋込磁石型モータは、円筒状をなすヨークの内周部に中心軸に向かって形成された複数のティースを有し、前記複数のティースに分布巻きで巻線が巻かれたステータと、前記ステータの内部に回転可能に設けられ、中心軸側に凸となるようにＶ字状に配置された２つの永久磁石からなる複数の磁極が周方向に等間隔に形成されたロータとを備え、前記ロータが、前記２つの永久磁石それぞれの径方向外側端部に形成された空隙からなる外側フラックスバリアと、前記２つの永久磁石それぞれの径方向内側端部に形成された空隙からなる内側フラックスバリアとを有し、前記２つの永久磁石それぞれの内側フラックスバリアが互いに空間的に繋がっており、前記外側フラックスバリアよりも径方向外側に形成されるブリッジ部の磁束密度を１．８〜１．９Ｔとしたことを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、中心軸側に凸となるようにＶ字状に配置された２つの永久磁石の内側フラックスバリアが互いに空間的に繋がっているので、マグネットトルクを最大化することができる。これに伴い、２つの永久磁石の径方向外側に端部に外側フラックスバリアを設けて、外側フラックスバリアよりも径方向外側に形成されるブリッジ部の磁束密度を１．８〜１．９Ｔとしているので、ロータの強度及びリラクタンストルクを向上させることができる。つまり、本発明によれば、低振動、高効率及び剛性（高回転）を考慮したトータルバランスに優れたモータを提供することができる。具体的な実験データについては、後述する。
【００１０】
また、本願発明者は、磁極間距離とティースの幅寸法との関係に着目して、コギングトルクを低減する構成（磁極間距離）について鋭意検討を行った。そして、本願発明者は、誘起電圧の低減を抑えつつ、コギングトルクを低減する構成において、磁極間距離とティースの幅寸法との間に特有の関係があることを初めて見出した。
【００１１】
つまり、前記埋込磁石型モータにおいて、互いに隣接する前記磁極の間に形成される磁極間距離をＡとし、前記ティースの幅寸法をＢとしたときに、Ａ＝ｋ×Ｂ（但し、ｋは１．６５〜１．７５）の関係を満たすことが望ましい。
【００１２】
このようなものであれば、磁極間距離Ａとティースの幅寸法Ｂとが、Ａ＝ｋ×Ｂ（但し、ｋは１．６５〜１．７５）の関係を満たしているので、誘起電圧の低減を抑えつつ、コギングトルクを低減することができる。具体的な実験データについては、後述する。
【００１３】
磁極間距離の具体的な実施の態様としては、互いに隣接する前記磁極において、互いに隣接する前記外側フラックスバリアの間に形成される磁束通路の幅寸法であることが望ましい。
【００１４】
前記外側フラックスバリアが、前記永久磁石の径方向外側端面から当該永久磁石の平板方向に沿って外側に形成された第１空間部分と、前記ブリッジ部の幅寸法が同一となるように、前記永久磁石よりもＶ字外側に形成された第２空間部分とを有することが望ましい。
これならば、第１空間部分及び第２空間部分に分けて外側フラックスバリアの形状を変更することができ、ブリッジ部の形状も第１空間部分及び第２空間部分に分けて変更することができる。
【００１５】
前記Ｖ字状に配置された永久磁石の開き角度が１００度から１２０度であり、前記Ｖ字状に配置された永久磁石のＶ字頂点が前記ティースの中心線上に位置する状態において、前記永久磁石の径方向外側端部に最も近い位置のティースの先端面が、前記ロータの外周面における前記Ｖ字状に配置された永久磁石の内側部分に対向していることが望ましい。
これならば、永久磁石の径方向外側端部に最も近い位置のティースに磁束が流れ込む領域を確保することができ、複数のティースに流れる磁束を均一にすることができる。
【００１６】
前記ティース間に形成されたスロットが、互いに隣り合う前記磁極間に相対して、１．５〜３個位置するように構成されていることが望ましい。
これならば、前記ティース間に形成されたスロットが、互いに隣り合う前記磁極間に相対して、１．５〜３個位置するので、出力トルクを増大させて高速回転域を拡大することができる。具体的な実験データについては、後述する。
【００１７】
前記磁極を構成する２つの永久磁石の径方向内側端部が互いに密着していることが望ましい。
これならば、ｄ軸インダクタンス（Ｌｄ）が低減されるので、リラクタンストルクを大きくすることができ、出力トルクをより増大させることができる。
【００１８】
また、上述した埋込磁石型モータを有する圧縮機や、この圧縮機を用いた空気調和機も本発明の１つである。
【００１９】
さらに、低振動、高効率及び剛性（高回転）を考慮したトータルバランスに優れた、埋込磁石型モータの使用方法は、円筒状をなすヨークの内周部に中心軸に向かって形成された複数のティースを有し、前記複数のティースに分布巻きで巻線が巻かれたステータと、前記ステータの内部に回転可能に設けられ、中心軸側に凸となるようにＶ字状に配置された２つの永久磁石からなる複数の磁極が周方向に等間隔に形成されたロータとを備え、前記ロータが、前記２つの永久磁石それぞれの径方向外側端部に形成された空隙からなる外側フラックスバリアと、前記２つの永久磁石それぞれの径方向内側端部に形成された空隙からなる内側フラックスバリアとを有し、前記２つの永久磁石それぞれの内側フラックスバリアが互いに空間的に繋がっている埋込磁石型モータにおいて、前記外側フラックスバリアよりも径方向外側に形成されるブリッジ部の磁束密度が１．８〜１．９Ｔとなるように使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
このように構成した本発明によれば、低振動、高効率及び剛性（高回転）を考慮したトータルバランスに優れたモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態における埋込磁石型モータの構成を示す部分概略図。
【図２】第１実施形態のフラックスバリアの具体的な形状を示す部分拡大断面図。
【図３】第１実施形態における磁極間距離及びティース幅寸法の関係を示す部分拡大断面図。
【図４】係数ｋ＝１．９１、１．７、１．４５におけるコギングトルクを示す図。
【図５】磁極間距離（係数ｋ）とコギングトルク及び誘起電圧上昇率との関係を示す図。
【図６】第１実施形態の埋込磁石型モータにおける無負荷時の磁束図。
【図７】ブリッジ部の幅寸法と磁束密度等との関係を表わすシミュレーション結果を示す図。
【図８】第２実施形態の埋込磁石型モータを用いた圧縮機の構成を模式的に示す図。
【図９】第２実施形態の埋込磁石型モータの構成を模式的に示す図。
【図１０】第２実施形態の埋込磁石型モータを示す拡大図。
【図１１】モータ回転数と出力トルクとの相関を示す図。
【図１２】磁極間に相対するスロットの個数と出力トルクとの相関を示す図。
【図１３】第２実施形態の埋込磁石型モータを用いた圧縮機を有する冷凍サイクルを示す図。
【図１４】第２実施形態の変形例の埋込磁石型モータを示す模式図。
【図１５】第２実施形態の変形例の埋込磁石型モータを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
以下に本発明に係る埋込磁石型モータの第１実施形態について図面を参照して説明する。なお、第１実施形態における参照符号は、図１〜図３においてのみ使用する参照符号である。
【００２３】
本実施形態に係る埋込磁石型モータ１００は、例えば冷凍サイクルを構成する圧縮機に用いられるモータであり、図１に示すように、固定子巻線５が巻回された複数のティース（固定子鉄心）２２を有するステータ（固定子）２と、前記ステータ２の内部に回転可能に設けられたロータ（回転子）３と、当該ロータ３の回転中心に設けられたロータシャフト（出力軸）４とを備えている。なお、固定子巻線５には、リード線を介して電力が供給される。なお、図１には、スロット数が３６スロットで、極数が６極のモータを示しているが、スロット数が４８スロットで、極数が８極のモータ等であっても良い。
【００２４】
ステータ２は、円筒状をなすヨーク２１と、当該ヨーク２１の内周部に中心軸に向かって形成された複数のティース２２とを有している。そして、複数のティース２２には、固定子巻線５が分布巻により巻装されている。
【００２５】
ロータ３は、外周縁に沿って複数の磁石挿入孔３１Ｈが形成された回転子鉄心３１と、複数の磁石挿入孔３１Ｈに挿入されて、複数の磁極３Ｐを構成する複数の永久磁石３２ａ、３２ｂとを備えている。
【００２６】
具体的には、各磁極３Ｐが、図２に示すように、中心軸側に凸となるようにＶ字状に沿って配置された第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂから構成されている。具体的に第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂは、回転子鉄心３１の回転中心から径方向外側に行くに従って徐々に離間するようにＶ字状に互いに離間して配置されている。本実施形態の第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂの開き角度（磁石角度）は、１００度から１２０度の範囲となるように構成されている。なお、回転子鉄心３１に形成された磁石挿入孔３１Ｈが、回転子鉄心３１の回転中心から径方向外側に行くに従って徐々に離間するようにＶ字状に形成されている。
【００２７】
第１永久磁石３２ａは、平板状をなすものであり、その径方向外側端部及び径方向内側端部には、空隙からなる外側フラックスバリア６ａ１及び内側フラックスバリア６ａ２が形成されている。この外側フラックスバリア６ａ１及び内側フラックスバリア６ａ２は、前記磁石挿入孔３１Ｈと同一の空間により形成されるものであり、磁石挿入孔３１Ｈに第１永久磁石３２ａを挿入することによって形成される。
【００２８】
第１永久磁石３２ａの径方向外側端部に形成された外側フラックスバリア６ａ１の形状は、図２に示すように、第１永久磁石３２ａの径方向外側端面から当該永久磁石３２ａの平板方向に沿って外側に形成された第１空間部分６ａ１１と、回転子鉄心３１の外周面に沿って形成されるブリッジ部３３の幅寸法が同一となるように、第１永久磁石３２ａよりもＶ字外側に形成された第２空間部分６ａ１２とを有する。本実施形態のブリッジ部３３の幅寸法は、例えば０．３ｍｍから１．２ｍｍの範囲となるように構成されている。また、第１永久磁石３２ａよりもＶ字外側に形成された第２空間部分６ａ１２の幅寸法は、例えば０．０ｍｍから１．０ｍｍの範囲となるように構成されている。さらに、外側フラックスバリア６ａ１の外側端部の周方向寸法が、ブリッジ部３３の幅寸法に対して５倍以上となるように構成されている。
【００２９】
また、磁石挿入孔３１Ｈにおける第１空間部分６ａ１１には、第１永久磁石３２ａを固定するための固定用突起３５が形成されている。この固定用突起３５の高さ寸法は、ｄ軸インダクタンス（Ｌｄ）を小さくするために、第１永久磁石３２ａを固定できる範囲において、できる限り小さく設定している。また、Ｌｄを小さくするためにできる限り小さくして、第１空間部分６ａ１１の面積を増やしている。この高さ寸法は、磁石挿入孔３１Ｈの寸法公差及び第１永久磁石３２ａの寸法公差に基づいて決定しており、例えば０．３ｍｍとすることができる。また、固定用突起３５の幅寸法は、第１永久磁石３２ａの遠心力を受けるための剛性を確保すべく、ある程度大きく、例えば１ｍｍとなるように構成されている。この幅寸法に関して言うと、値を小さくすると剛性を確保することができず、一方で、値を大きくし過ぎるとｄ軸インダクタンス（Ｌｄ）が大きくなり過ぎてしまうという特性があり、モータの仕様に基づいて決定する。
【００３０】
第２永久磁石３２ｂは、第１永久磁石３２ａと同様に平板状をなすものであり、その径方向外側端部及び径方向内側端部には、空隙からなる外側フラックスバリア６ｂ１及び内側フラックスバリア６ｂ２が形成されている。この外側フラックスバリア６ｂ１及び内側フラックスバリア６ｂ２は、前記磁石挿入孔３１Ｈと同一の空間により形成されるものであり、磁石挿入孔３１Ｈに第２永久磁石３２ｂを挿入することによって形成される。なお、第１永久磁石３２ａの両端部に形成される外側フラックスバリア６ａ１及び内側フラックスバリア６ａ２と、第２永久磁石３２ｂの両端部に形成される外側フラックスバリア６ｂ１及び内側フラックスバリア６ｂ２とは同一形状をなすものである。また、本実施形態では、第１永久磁石３２ａの内側フラックスバリア６ａ２と第２永久磁石３２ｂの内側フラックスバリア６ｂ２とは互いに空間的に繋がっている。つまり、内側フラックスバリア６ａ２及び内側フラックスバリア６ｂ２は、単一の空間により形成されている。
【００３１】
そして、本実施形態の埋込磁石型モータ１００においては、図３に示すように、互いに隣接する磁極３Ｐの間に形成される磁極間距離をＡとし、ティース２２の幅寸法をＢとしたときに、Ａ＝ｋ×Ｂ（但し、ｋは１．６５〜１．７５）の関係を満たすように構成されている。ここで、磁極間距離Ａは、互いに隣接する磁極３Ｐ間に形成される磁束通路の幅寸法であり、より具体的には、互いに隣接する磁極３Ｐにおいて、一方の磁極３Ｐの第１永久磁石３２ａの径方向外側端部に形成されたフラックスバリア６ａ１と、他方の磁極３Ｐの第２永久磁石３２ｂの径方向外側端部に形成されたフラックスバリア６ｂ１との間に形成される磁束通路の幅寸法である。
【００３２】
また、本実施形態の埋込磁石型モータ１００においては、Ｖ字状に配置された永久磁石３２ａ、３２ｂのＶ字頂点がティース２２の中心線上に位置する状態（図１に示す状態）において、第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂそれぞれの径方向外側端部に最も近い位置のティース２２の先端面２２ａが、ロータ３の外周面におけるＶ字状に配置された永久磁石３２ａ、３２ｂの内側部分（Ｖ字内側部分）に対向している（図３参照）。これにより、永久磁石３２ａ、３２ｂの径方向外側端部に最も近い位置のティース２２に磁束が流れ込む領域を確保して、複数のティース２２に流れる磁束を均一にするように構成している。
【００３３】
次に、本実施形態の埋込磁石型モータ１００において、係数ｋを１．９１、１．７、１．４５とした場合のコギングトルクのシミュレーション結果を図４に示し、係数ｋ（磁極間距離）を変更させた場合の、コギングトルク及び誘起電圧上昇率のシミュレーション結果を図５に示す。
このシミュレーションにおいて、第１永久磁石及び第２永久磁石の開き角度は１２０度であり、ブリッジ部の幅寸法は、０．８ｍｍであり、第２空間部分の幅寸法は、１．０ｍｍであり、固定用突起の幅寸法は、１．０ｍｍであり、固定用突起の高さ寸法は、０．３ｍｍである。
【００３４】
図４及び図５から分かるように、磁極間距離を小さくしていくと、コギングトルクも小さくなるが、磁極間距離が所定の値（ｋ＝１．７）で最小となり、磁極間距離をそれよりも小さくすると、位相が反転して、再び大きくなる。また、図５から分かるように、係数ｋが１．７のときに、コギングトルクが最小値となり、係数ｋ＝１．７が磁束を流れ易くする適正値であり、また、誘起電圧も低下していない。つまり、係数ｋは、１．７が最も好ましく、金型等のバラつきを考慮して１．６５から１．７５とすることが考えられる。また、図５から、コギングトルクがティースの幅寸法Ｂに依存していることが分かり、係数ｋが、コギングトルクを最小にするための、ティースの幅寸法Ｂを基準とした補正幅を決定する係数となる。
【００３５】
また、係数ｋを１．７にした埋込磁石型モータ１００における無負荷時に流れる磁束図を図６に示す。
この図６から、互いに隣接する磁極間、つまり、一方の磁極の第１永久磁石と他方の磁極の第２永久磁石との間で磁束の短絡が生じていないことが分かる。また、永久磁石の径方向外側端部に最も近い位置のティースに磁束に対して、磁束が十分に流れ込んでいることが分かる。
【００３６】
本実施形態のように内側フラックスバリア６ａ２及び内側フラックスバリア６ｂ２が空間的に繋がっている構成、つまり、２つの永久磁石３２ａ、３２ｂの間にセンターリブが無い構成では、２つの永久磁石３２ａ、３２ｂよりも径方向外側に位置する部分がブリッジ部３３により支えられる構成となる。つまり、ブリッジ部３３に遠心力による応力が集中する構成となる。
【００３７】
ここで、従来の埋込磁石型モータでは、リラクタンストルクを十分に利用するために、永久磁石３２ａ、３２ｂの径方向外側端部において磁気飽和（２．０±０．１Ｔ）させて使用する。しかし、磁気飽和させて使用するためには、ブリッジ部３３を狭くする必要があり、剛性（機械的強度）を確保しづらく、モータ回転時におけるトルクリップルが増加してしまい、モータとしてのバランスが良くなく、高回転数領域では特に不利にある。
【００３８】
次に、本実施形態の埋込磁石型モータ１００において、ブリッジ部３３の幅寸法のみを変化させた場合のブリッジ部の磁束密度、トルクリップル、剛性（安全率）、モータ出力、無負荷誘導電圧のシミュレーション結果を、図７に示す。このときの埋込磁石型モータ１００の構成は、ブリッジ部３３の幅寸法のみを変化させ、その他の形状及び条件は同一である。
【００３９】
ブリッジ部の磁束密度は、ブリッジ部の幅寸法が０．２ｍｍから０．８ｍｍでは、ブリッジ部の磁気抵抗の減少により磁束密度は減少するが、幅寸法が０．８から１．４ｍｍでは、永久磁石の漏れ磁束の増加により、磁束密度は増加する傾向となる。
【００４０】
トルクリップルは、ブリッジ部の幅寸法が０．２ｍｍから０．８ｍｍでは、リラクタンストルクの減少に伴い、トルクリップルも減少する傾向となるが、幅寸法が０．８ｍｍから１．４ｍｍでは、コギングの増加や磁石による漏れ磁束等の影響により、逆に増加する傾向となる。
【００４１】
剛性（安全率）は、ブリッジ部の面積に比例するので、ブリッジ部の幅寸法の増加に伴い、比例して同性は増加する。なお、安全率の計算方法は、ブリッジ部の幅寸法が０．８ｍｍの場合、最大使用回転数１４０Ｈｚに対して２１０Ｈｚで破損が見られたので、幅寸法０．８ｍｍでの安全率は、１．５（＝２１０／１４０）となる。
【００４２】
モータ出力は、ブリッジ部の幅寸法の増加に伴い、リラクタンストルクやマグネットトルクが減少するので、減少する。
【００４３】
無負荷誘導電圧は、ブリッジ部の幅寸法の増加に伴い、永久磁石の漏れ磁束の増加により減少する。
【００４４】
以上の結果、領域１（ブリッジ部の幅寸法が０．７４５ｍｍ未満、磁束密度が１．９Ｔよりも大きい領域）は、モータ出力は大きいが、トルクリップルが大きく、剛性も確保しづらい領域である。
【００４５】
また、領域３（ブリッジ部の幅寸法が０．８８５ｍｍよりも大きく、磁束密度が１．９Ｔよりも大きい領域）は、磁石短絡による磁束集中により磁束密度が増加しているだけであり、剛性は確保し易いがモータ出力やトルクリップルの特性が非常に悪い領域である。
【００４６】
一方で、領域２（ブリッジ部の幅寸法が０．７４５ｍｍ以上０．８８５ｍｍ以下、磁束密度が１．９Ｔ以下の領域）は、領域１に比べるとモータ出力が低下傾向であるものの、トルクリップルも小さく、剛性も確保し易い領域である。なお、領域２における磁束密度の最小値は、１．８７Ｔであり、このときのブリッジ部の幅寸法は０．８ｍｍである。
【００４７】
したがって、本実施形態の埋込磁石型モータにおいて、ブリッジ部の磁束密度が１．８Ｔ〜１．９Ｔとなるように設定又は使用することによって、低振動、高効率及び剛性（高回転）のバランスを好適に取ることができる。
【００４８】
このように構成した埋込磁石型モータ１００によれば、中心軸側に凸となるようにＶ字状に配置された２つの永久磁石３２ａ、３２ｂの内側フラックスバリア６ａ２、６ｂ２が互いに空間的に繋がっているので、マグネットトルクを最大化することができる。これに伴い、２つの永久磁石３２ａ、３２ｂの径方向外側に端部に外側フラックスバリア６ａ１、６ｂ１を設けて、外側フラックスバリア６ａ１、６ｂ１よりも径方向外側に形成されるブリッジ部３３の磁束密度を１．８〜１．９Ｔとしているので、ロータ３の強度及びリラクタンストルクを向上させることができる。つまり、低振動、高効率及び剛性（高回転）を考慮したトータルバランスに優れたモータとすることができる。
【００４９】
また、磁極間距離Ａとティースの幅寸法Ｂとが、Ａ＝ｋ×Ｂ（但し、ｋは１．６５〜１．７５）の関係を満たしているので、誘起電圧の低減を抑えつつ、コギングトルクを低減することができる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
以下に本発明に係る埋込磁石型モータの第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、第２実施形態における参照符号は、図８〜図１５においてのみ使用する参照符号である。
【００５１】
本実施形態に係る埋込磁石型モータ１００は、図８に示すように、例えば空気調和機の冷凍サイクル等を構成する圧縮機Ｘに用いられる永久磁石同期モータである。
【００５２】
具体的にこの永久磁石同期モータ１００は、図９に示すように、固定子巻線５が巻回された複数のティース２２及びティース２２間に形成された複数のスロット２３を有するステータ２と、前記ステータ２の内部に回転可能に設けられたロータ３と、当該ロータ３の回転中心Ｃに設けられたロータシャフト４とを備えている。なお、固定子巻線５には、リード線を介して電力が供給される。なお、図９には、スロット数が３６スロットで、極数が６極のモータ（コンビネーションが６：１のモータ）を示しているが、スロット数が４８スロットで、極数が８極のモータであっても良いし、コンビネーションが８：１や９：１のモータであっても良い。
【００５３】
ステータ２は、電磁鋼板を積層して構成されており、円筒状をなすヨーク２１と、当該ヨーク２１の内周部に中心軸に向かって形成された複数のティース２２と、互いに隣り合うティース２２間に形成された複数のスロット２３とを有している。そして、複数のティース２２には、例えば三相巻線である固定子巻線５が分布巻により巻装されている。なお、この三相巻線は、各相のコイルの巻数が等しくなるように構成されている。
【００５４】
ティース２２は、周方向に沿って等間隔に形成されており、各ティース２２の形状は全て同一形状をなしている。これにより、スロット２３も周方向に沿って等間隔に形成されるとともに、各スロット２３の形状も全て同一形状をなすことになる。
【００５５】
ロータ３は、前記ステータ２と略等しい積厚で電磁鋼板を積層して構成されており、外周縁に沿って複数の磁石挿入孔３１Ｈが形成された回転子鉄心３１と、複数の磁石挿入孔３１Ｈに挿入されて、複数の磁極３Ｐを構成する複数の永久磁石３２ａ、３２ｂとを備えている。より詳細には、本実施形態のロータ３には、磁極３Ｐが６つ構成されており、これらの磁極３Ｐは周方向に沿って等間隔に配置している。
【００５６】
なお、本実施形態では、ロータ３は、回転子鉄心３１を厚み方向に貫通して形成した複数の貫通孔３３を有しており、この貫通孔３３に図示しない固定用ピンを通すことでロータ３を固定できるように構成されている。
【００５７】
上述の各磁極３Ｐは、図９及び図１０に示すように、中心軸側に凸となるようにＶ字状に沿って配置された第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂから構成されている。具体的に第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂは、回転子鉄心３１の回転中心Ｃから径方向外側に行くに従って徐々に離間するようにＶ字状に互いに離間して配置されている。本実施形態の第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂは、それぞれ略直方体形状をなし、一方の永久磁石３２ａ（３２ｂ）のＳ極と他方の永久磁石３２ｂ（３２ａ）のＮ極とが着磁するとともに、互いに接触させた状態で配置されている。また、これらの永久磁石３２ａ、３２ｂがなす開き角度θ（磁石角度）は、９０度＜θ＜１６０度を満たすように構成されており、本実施形態では開き角度θが１２０度になるように各永久磁石３２ａ、３２ｂが配置されている。
【００５８】
なお、回転子鉄心３１に形成された磁石挿入孔３１Ｈは、回転子鉄心３１の回転中心Ｃから径方向外側に行くに従って徐々に離間するようにＶ字状に形成されており、本実施形態では、各永久磁石３２ａ、３２ｂが磁石挿入孔３１Ｈ内で移動することを防ぐべく、当該磁石挿入孔３１Ｈの外縁から内側に向かって突出する固定用突起３１１が形成されている。具体的にこの固定用突起３１１は、磁石挿入孔３１Ｈ内において、各永久磁石３２ａ、３２ｂよりも前記径方向外側にそれぞれ設けられている。
【００５９】
以下では、説明の便宜上、上述の各磁極３Ｐを区別する場合は、図９及び図１０に示すように、それぞれの磁極３Ｐを磁極３Ｐ１〜磁極３Ｐ６とも記載する。
【００６０】
第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂは、平板状をなし、希土類を主成分とした希土類磁石やフェライト磁石等である。これらの永久磁石３２ａ、３２ｂの径方向外側端部には、空隙からなるフラックスバリア６が形成されている。
【００６１】
このフラックスバリア６は、前記磁石挿入孔３１Ｈと同一の空間により形成されるものであり、磁石挿入孔３１Ｈに第１永久磁石３２ａまたは第２永久磁石３２ｂを挿入することによって形成される。なお、本実施形態では、このフラックスバリア６と回転子鉄心３１の外周縁との距離は、フラックスバリア６の幅寸法よりも短く、より具体的には１．２ｍｍ以下に設定されている。
【００６２】
そして、本実施形態の永久磁石同期モータ１００においては、図１０に示すように、互いに隣り合う磁極３Ｐ間に相対して、スロット２３が１．５〜３個位置するように構成されている。
【００６３】
ここで、例えば、互いに隣り合う磁極３Ｐ１と磁極３Ｐ２との間は、図１０に示すように、磁極３Ｐ１を構成する第１永久磁石３２ａと磁極３Ｐ２を構成する第２永久磁石３２ｂとの間に対応する。より詳細には、磁極３Ｐ１と磁極３Ｐ２との磁極間距離Ｌは、前記第１永久磁石３２ａの径方向外側角部３２ａ１と前記第２永久磁石３２ｂの径方向外側角部３２ｂ１との間隔として定義される。もちろん、この磁極間距離Ｌは、互いに隣り合う磁極３Ｐ間で全て等しい長さである。
【００６４】
上述の定義に基づき、ステータ２の状態が、回転子鉄心３１の回転中心Ｃと磁極３Ｐの中央（第１永久磁石３２ａと第２永久磁石３２ｂとの密着部）とを結ぶ延長線上にスロット２３の中心が位置する状態において、本実施形態の永久磁石同期モータ１００は、互いに隣り合う磁極３Ｐ間に相対して、スロット２３が１．５〜３個位置するように構成されている。
【００６５】
詳述すると、本実施形態の永久磁石同期モータ１００は、例えば、回転中心Ｃと磁極３Ｐ１を構成する第１永久磁石３２ａの径方向外側角部３２ａ１とを結ぶ第１仮想線Ｂ１及び回転中心Ｃと磁極３Ｐ２を構成する第２永久磁石３２ｂの径方向外側角部３２ｂ１とを結ぶ第２仮想線Ｂ２の間に、スロット２３が１．５〜３個位置するように構成されている。
【００６６】
なお、ここでは、磁極３Ｐ１と磁極３Ｐ２との間に相対するスロット２３の個数について説明したが、もちろん、互いに隣り合う各磁極３Ｐ間に相対するスロット２３の個数についても同様である。
【００６７】
次に、本実施形態の永久磁石同期モータ１００において、磁極３Ｐ間に相対して配置されるスロット数を１．０（従来）、２．５（今回）とした場合のモータ回転数と出力トルクとの相関をシミュレーションした結果を図１１に示す。また、磁極３Ｐ間に相対して配置されるスロット数を０．０〜４．０まで変化させた場合の、出力トルクのシミュレーション結果を図１２に示す。
なお、このシミュレーションにおいて、第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂの開き角度θは１２０度である。
【００６８】
図１１から分かるように、磁極３Ｐ間に相対して配置されるスロット数が１．０である場合（従来）に比べて、磁極３Ｐ間に相対して配置されるスロット数が２．５である場合（今回）の方が、同じモータ回転数では出力トルクが大きくなる。この傾向は、特に回転域が高速側に行くほど顕著になっていることが分かる。また、図５から分かるように、磁極３Ｐ間に相対して配置されるスロット数が２．２５のときに、出力トルクが最大となる。つまり、磁極３Ｐ間に相対して配置されるスロット２３の個数は、２．２５が最も好ましく、金型等のバラつきを考慮して１．５から３．０とすることが考えられる。
【００６９】
続いて、本実施形態の永久磁石同期モータ１００を用いた圧縮機Ｘ及びこの圧縮機Ｘを有する例えば空気調和機等の冷凍サイクルについて、図８及び図１３を参照して説明する。
【００７０】
冷凍サイクルＹは、図１３に示すように、圧縮機Ｘ、凝縮器８４及び膨張弁８５を有する室外機８０と、蒸発器８６を有する室内機８１とを備えるものである。
【００７１】
この冷凍サイクルＹは、圧縮機Ｘにより圧縮された冷媒を圧縮機Ｘ、凝縮器８４、膨張弁８５、蒸発器８６の順に循環させて、室外機８０と室内機８１との間で熱交換を行うことにより冷房機能を発揮するように構成されている。
【００７２】
圧縮機Ｘは、図８及び図１３に示すように、圧縮機部８３と上述したように構成された永久磁石同期モータ１００とを具備するものである。
【００７３】
圧縮機部８３は、特に図８に示すように、固定スクロール部材６０の端板６１に直立する渦巻状ラップ６２と、旋回スクロール部材６３の端板６４に直立する渦巻状ラップ６５とを噛み合わせて形成されており、この旋回スクロール部材６３をクランクシャフト（ロータシャフト）４によって旋回運動させることで圧縮動作を行うように構成されている。
【００７４】
固定スクロール部材６０及び旋回スクロール部材６３によって形成される複数の圧縮室６６のうち、最も外径側に位置している圧縮室６６ａ、６６ｂは、旋回運動に伴って各スクロール部材６０、６３の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。前記圧縮室６６ａ、６６ｂが両スクロール部材６０、６３の中心近傍に達すると、吐出口６７に連通して、当該圧縮室６６ａ、６６ｂ内の圧縮ガスはこの吐出口６７から吐出される。
【００７５】
吐出された圧縮ガスは、固定スクロール部材６０及びフレーム６８に設けられた図示しないガス通路を通って、圧力容器６９内におけるフレーム６８下部に至り、圧力容器６９の側壁に設けられた吐出パイプ７０から圧縮機Ｘの外に排出される。
【００７６】
この圧力容器６９内には、上述したように、固定子（ステータ）２と回転子（ロータ）３とを具備する永久磁石同期モータ１００が収容されており、三相巻線に通電することで回転し、圧縮動作を行う。
【００７７】
永久磁石同期モータ１００の下方には、油溜部７１が設けられている。油溜部７１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（ロータシャフト）４内に設けられた油孔７２を通って、旋回スクロール部材６３とクランクシャフト（ロータシャフト）４との摺動部、滑り軸受け７３等の潤滑に供される。
【００７８】
上述したように構成された本実施形態に係る永久磁石同期モータ１００によれば、スロット２３が、互いに隣り合う磁極３Ｐ間に相対して、１．５〜３個位置するので、出力トルクを増大させて高速回転域を拡大することができる。
なお、ここで言う高速回転域とは、２０Ｈｚ（ｒｐｓ）〜１８０Ｈｚ（ｒｐｓ）を示す。
【００７９】
また、第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂが密着して配置されているので、ｄ軸インダクタンス（Ｌｄ）が低減されるので、リラクタンストルクを大きくすることができ、出力トルクをより増大させることができる。
【００８０】
また、鉄損の低減が可能になり、効率を向上することができる。
【００８１】
さらに、インダクタンスを低減でき、電気的時定数が小さくなるので、過渡応答性が良くなる。
【００８２】
加えて、電磁加振力を低減できるため、騒音及び振動を低減することができる。
【００８３】
その上、電機子電流が増加した場合であっても、電流と出力トルクとがほぼ線形の関係になるので、制御応答性に優れ、特に圧縮機等への適用が容易になる。
【００８４】
また、圧縮機Ｘは、圧縮機駆動用モータとして、上述したように構成された永久磁石同期モータ１００を適用しているので、当該圧縮機Ｘの運転範囲の拡大及び高効率化を実現することができる。
【００８５】
さらに、冷凍サイクルＹは、上述したように構成された永久磁石同期モータ１００を、当該冷凍サイクルＹを構成する圧縮機に使用しているので、コンパクトな運転範囲で高効率の性能を有し、入力を低減することにより、地球温暖化につながる二酸化炭素の排出を削減することができる。
【００８６】
＜第２実施形態の変形例＞
なお、本発明は前記第２実施形態に限られるものではない。
【００８７】
例えば、前記第２実施形態では、磁極３Ｐが、Ｖ字状に沿って配置された第１永久磁石３２ａ及び第２永久磁石３２ｂにより構成されていたが、図１４に示すように、円弧状をなす単一の永久磁石３２ｃが、径方向外側に向かって湾曲するように配置されていても良い。この場合であっても、前記第１実施形態と同様に、ブリッジ部の幅寸法を変更することによって、磁束密度が１．８〜１．９Ｔとなるようにすることが望ましい。
【００８８】
また、前記第２実施形態では、回転子鉄心３１に図示しない固定用ピンを通すための貫通孔３３が形成されていたが、図１５に示すように、この貫通孔３３に連続したスリット孔３４が形成された構成としても良い。なお、図８には、スリット孔３４を貫通孔３３から対称に２つ形成している状態を示したが、スリット孔３４は２つに限られるものではない。
【００８９】
このように構成することにより、回転子鉄心３１を固定することはもちろん、永久磁石３２ａ、３２ｂ等から発生した磁束の流れを制限することができる。さらに、永久磁石同期モータ１００を圧縮機Ｘ等に用いた場合、冷媒が前記スリット孔３４を通過ことにより、固定子巻線を冷却する効果も得ることができる。
【００９０】
さらに、前記第２実施形態では、固定用突起３１１が、磁石挿入孔３１Ｈ内において、各永久磁石３２ａ、３２ｂよりも径方向外側にそれぞれ設けられていたが、図１５に示すように、各永久磁石３２ａ、３２ｂよりも径方向外側及び径方向内側にそれぞれ設けられていても良い。
【００９１】
また、前記第２実施形態では、第１永久磁石及び第２永久磁石が互いの角同士を接触させていたが、例えば、それぞれの端面同士を面接触させるように配置しても良い。
【００９２】
さらに、前記第２実施形態では、各磁極を構成する永久磁石が２つであったが、３つ以上の永久磁石から構成されるものであっても良い。
【００９３】
また、前記第２実施形態では、永久磁石が希土類を主成分とするものであったが、ボンド磁石であっても良い。
【００９４】
また、前記第２実施形態では、空気調和機に用いられる冷凍サイクルについて説明したが、冷凍サイクルは、冷蔵装置や冷凍装置等に用いられものであっても良い。
【００９５】
その他、本発明は前記第１、第２実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９６】
１００・・・埋込磁石型モータ
２・・・ステータ
２１・・・ヨーク
２２・・・ティース
２２ａ・・・ティースの先端面
３・・・ロータ
３Ｐ・・・磁極
３２ａ・・・第１永久磁石
３２ｂ・・・第２永久磁石
６ａ１、６ｂ１・・・外側フラックスバリア
６ａ２、６ｂ２・・・内側フラックスバリア
【図１】
2015122936.tif 000003
【図２】
2015122936.tif 000004
【図３】
2015122936.tif 000005
【図４】
2015122936.tif 000006
【図５】
2015122936.tif 000007
【図６】
2015122936.tif 000008
【図７】
2015122936.tif 000009
【図８】
2015122936.tif 000010
【図９】
2015122936.tif 000011
【図１０】
2015122936.tif 000012
【図１１】
2015122936.tif 000013
【図１２】
2015122936.tif 000014
【図１３】
2015122936.tif 000015
【図１４】
2015122936.tif 000016
【図１５】
2015122936.tif 000017