(57)【要約】【課題】永久磁石を多層状に埋め込んだ永久磁石回転機の効率を向上させる技術を提供する。【解決手段】回転子５０の主磁極部には、磁石挿入孔５５ａ、５７ａ、〜５５ｄ、５７ｄが多層状に形成されている。回転子５０の外周面は、主磁極部のｄ軸と交差する第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄと、補助磁極部のｑ軸と交差し、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄの曲率半径より大きい曲率半径を有する第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡにより形成されている。同じ主磁極部内に隣接して設けられている層の磁石挿入孔のうち、外周側の層の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部と、中心側の層の磁石挿入孔の端壁のｑ軸側端部の間の長さは、ティース先端面の長さより長く設定されている。及び／または、補助磁極部を挟んで対向して設けられている層の磁石挿入孔の一方及び他方の端壁のｄ軸側端部間の長さは、ティース先端面の周方向の長さより長く設定されている。【選択図】図４
2008283746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、回転子を備え、固定子には、回転子と対向する箇所にティース先端面を有するティースが設けられており、回転子には、軸方向と交差する方向から見て、主磁極部と補助磁極部が周方向に交互に配置されており、主磁極部には、永久磁石が挿入される磁石挿入孔が多層状に設けられている永久磁石回転機であって、
回転子の外周面は、軸方向と交差する方向から見て、主磁極部のｄ軸と交差し、外周方向に突状に形成されている第１の曲線形状を有する第１の外周面と、補助磁極部のｑ軸と交差し、外周方向に突状に形成されている第２の曲線形状を有する第２の外周面により形成されているとともに、第２の曲線形状の曲率半径は、第１の曲線形状の曲率半径より大きく設定されており、
同じ主滋極部内に隣接して設けられている層の磁石挿入孔のうち、外周側の層の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部と、中心側の層の磁石挿入孔の端壁のｑ軸側端部の間の長さは、ティース先端面の周方向の長さより長く設定されている、
ことを特徴とする永久磁石回転機。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石回転機であって、異なる主磁極部に設けられている層の磁石挿入孔のうち、補助磁極部を挟んで対向して設けられている層の一方及び他方の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部間の長さはティース先端面の周方向の長さより長く設定されていることを特徴とする永久磁石回転機。
【請求項３】
固定子と、回転子を備え、固定子には、回転子と対向する箇所にティース先端面を有するティースが設けられており、回転子には、軸方向と交差する方向から見て、主磁極部と補助磁極部が周方向に交互に配置されており、主磁極部には、永久磁石が挿入される磁石挿入孔が多層状に設けられている永久磁石回転機であって、
回転子の外周面は、軸方向と交差する方向から見て、主磁極部のｄ軸と交差し、外周方向に突状に形成されている第１の曲線形状を有する第１の外周面と、補助磁極部のｑ軸と交差し、外周方向に突状に形成されている第２の曲線形状を有する第２の外周面により形成されているとともに、第２の曲線形状の曲率半径は、第１の曲線形状の曲率半径より大きく設定されており、
異なる主磁極部に設けられている層の磁石挿入孔のうち、補助磁極部を挟んで対向して設けられている層の一方及び他方の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部間の長さはティース先端面の周方向の長さより長く設定されている、
ことを特徴とする永久磁石回転機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁石回転であって、第１の外周面は、ｄ軸上に曲率中心を有する円弧形状に形成され、第２の外周面は、ｑ軸上に曲率中心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回転機。
【請求項５】
請求項４に記載の永久磁石回転機であって、第１の外周面は、回転子の中心を曲率中心とする円弧形状に形成され、第２の外周面は、回転子の中心より第２の外周面と反対方向に離れた位置を曲率中心と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回転機。
【請求項６】
請求項1〜５のいずれかに記載の永久磁石回転機であって、軸方向に交差する方向から見て、同じ主磁極部に隣接して設けられている層のうち、中心側の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の、磁石挿入孔に沿った長さは、外周側の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の、磁石挿入孔に沿った長さより長いことを特徴とする永久磁石回転機。
【請求項７】
請求項1〜６のいずれかに記載の永久磁石回転機であって、同じ主磁極部に隣接して設けられている層のうち、一方の層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の磁束密度と、他方の層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の磁束密度が異なっていることを特徴とする永久磁石回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石回転機、特に、回転子に設けられた磁石挿入孔に永久磁石が挿入される永久磁石回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン（空調装置）や冷蔵庫等の圧縮機を駆動する電動機、車両や車載装置等を駆動する電動機等として、磁石挿入孔に永久磁石が挿入された（埋め込まれた）回転子、すなわち永久磁石埋込構造の回転子を備える永久磁石電動機（「永久磁石埋込型電動機」）が用いられている。
永久磁石埋込型電動機は、ティースが設けられている固定子と、ティースのティース先端面と間隙（エアギャップ）を介して配置されている回転子を備えている。回転子には、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孔が設けられている。
永久磁石埋込型電動機の出力トルクＴは、以下の式で表される。
Ｔ＝ｐ［φ・Ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ・Ｉｑ］
ここで、ｐは極対数、φは磁束量、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンスである。
この式から分かるように、永久磁石埋込型電動機は、磁束量φによるマグネットトルクと、インダクタンス差（Ｌｄ−Ｌｑ）によるリラクタンストルクの両方を利用することができる。これにより、少ない電流で駆動することができ、効率が向上する。
【０００３】
ところで、永久磁石埋込型電動機は、起電力波形に含まれる高調波成分が多い。このため、以下の短所がある。
永久磁石埋込型電動機の制御方式として、エンコーダやレゾルバ等の回転子の回転位置を検出するための回転子位置検出センサを用いないセンサレス制御方式が普及している。このセンサレス制御方式では、例えば、起電力波形が正弦波形であると仮定し、入力電圧と入力電流を用いて回転子の回転位置を検出している。このようなセンサレス制御方式では、起電力波形に含まれる高調波成分が多くなると、回転子の回転位置の検出精度が低下する。この場合、最適な制御を行うことができなくなるため、効率が低下する。
また、起電力波形に含まれる高調波成分によって鉄損が増大する。この鉄損の増加により効率が低下する。
そこで、本発明者らは、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永久磁石回転機を開発し、提案した（特許文献１、２参照）。この永久磁石回転機では、回転子の外周面は、主磁極部のｄ軸と交差する第１の曲線形状の外周面と、補助磁極部のｑ軸と交差し、第１の曲線形状の外周面の曲率半径より大きい曲率半径を有する第２の曲線形状の外周面により形成されている。
【特許文献１】特開２００４−２６０９７２号公報
【特許文献２】特開２００５−８６９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、永久磁石を挿入する磁石挿入孔を多層状に設けることにより、出力トルクを高めることができる。本発明者らは、永久磁石が多層状に設けられた永久磁石回転機に、前記した、回転子の外周面を曲率半径が異なる第１の外周面と第２の外周面により形成する技術を用いることについて検討した。前記技術では、起電力波形に含まれる高調波成分を低減するためにｑ軸付近の間隙（エアギャップ）を大きくしている。ｑ軸付近の間隙が大きくなると、ｑ軸インダクタンスが小さくなり、リラクタンストルクが小さくなって電流が増加する。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、多層構造の永久磁石回転において、起電力波形に含まれる高調波を低減しながら、ｑ軸インダクタンスを大きくすることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの態様は、固定子と、回転子を備え、固定子には、回転子と対向する箇所にティース先端面を有するティースが設けられており、回転子には、軸方向と交差する方向から見て、主磁極部と補助磁極部が周方向に交互に配置されており、主磁極部には、永久磁石が挿入される磁石挿入孔が多層状に設けられている永久磁石回転機に関する。磁石挿入孔の形状、数、配設位置等は適宜選択することができる。また、磁石挿入孔に挿入する永久磁石の形状、数、挿入位置等は適宜選択することができる。
回転子の外周面は、軸方向と交差する方向から見て、主磁極部のｄ軸と交差し、外周方向に突状に形成されている第１の曲線形状を有する第１の外周面と、補助磁極部のｑ軸と交差し、外周方向に突状に形成されている第２の曲線形状を有する第２の外周面により形成されている。そして、第２の曲線形状の曲率半径は、第１の曲線形状の曲率半径より大きく設定されている。このように、ｑ軸と交差する第２の外周面の曲率半径を、ｄ軸と交差する第１の外周面の曲率半径より大きく設定することにより、起電力波形に含まれる高調波を低減することができる。特に、主磁極部に隣接して設けられている層の磁石挿入孔の端壁間の箇所が第２の外周面に対向する位置に配設することによって、多層構造の永久磁石回転機において、起電力波形に含まれる高調波を効果的に低減することができる。
そして、同じ主滋極部内に隣接して設けられている層の磁石挿入孔のうち、外周側の層の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部と、中心側の層の磁石挿入孔の端壁のｑ軸側端部の間の長さが、ティース先端面の周方向の長さより長く設定されている。これにより、隣接する層のうち、外周側の層の磁石挿入孔の外周側と補助磁極部との間に短絡磁束が流れるのを防止することができるため、補助磁極部に対する箇所のエアギャップを小さくすることができ、リラクタンストルクを大きくすることができる。
本発明では、補助磁極部に対応する箇所のエアギャップを大きくすることにより起電力波形に含まれる高調波を低減しながら、補助磁極部に対応する箇所のエアギャップを小さくしてリラクタンストルクを大きくすることができる。
【０００６】
前記構成に加えて、異なる主磁極部に設けられている層の磁石挿入孔のうち、補助磁極部を挟んで対向して設けられている層の一方及び他方の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部間の長さをティース先端面の周方向の長さより長く設定する構成を用いることができる。この構成を用いることにより、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁間と、他の主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁間の間に短絡磁束が流れるのを防止することができる。これにより、補助磁極部に対応する箇所のエアギャップをさらに小さくすることができる。したがって、永久磁石回転機の効率をより向上させることができる。
【０００７】
本発明の他の態様は、固定子と、回転子を備え、固定子には、回転子と対向する箇所にティース先端面を有するティースが設けられており、回転子には、軸方向と交差する方向から見て、主磁極部と補助磁極部が周方向に交互に配置されており、主磁極部には、永久磁石が挿入される磁石挿入孔が多層状に設けられている永久磁石回転機に関する。
回転子の外周面は、軸方向と交差する方向から見て、主磁極部のｄ軸と交差し、外周方向に突状に形成されている第１の曲線形状を有する第１の外周面と、補助磁極部のｑ軸と交差し、外周方向に突状に形成されている第２の曲線形状を有する第２の外周面により形成されている。そして、第２の曲線形状の曲率半径は、第１の曲線形状の曲率半径より大きく設定されている。このように、ｑ軸と交差する第２の外周面の曲率半径を、ｄ軸と交差する第１の外周面の曲率半径より大きく設定することにより、起電力波形に含まれる高調波を低減することができる。特に、主磁極部に隣接して設けられている層の磁石挿入孔の端壁間の箇所が第２の外周面に対向する位置に配設することによって、多層構造の永久磁石回転機において、起電力波形に含まれる高調波を効果的に低減することができる。
そして、補助磁極部を挟んで対向して設けられている層の一方及び他方の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部間の長さが、ティース先端面の周方向の長さより長く設定されている。この構成を用いることにより、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁間と、他の主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁間の間に短絡磁束が流れるのを防止することができる。これにより、補助磁極部に対応する箇所のエアギャップを小さくすることができ、リラクタンストルクを大きくすることができる。
本発明では、補助磁極部に対応する箇所のエアギャップを大きくすることにより起電力波形に含まれる高調波を低減しながら、補助磁極部に対応する箇所のエアギャップを小さくしてリラクタンストルクを大きくすることができる。
【０００８】
第１の外周面は、ｄ軸上に曲率中心を有する円弧形状に形成するのが好ましい。また、第２の外周面は、ｑ軸上に曲率中心を有する円弧形状に形成するのが好ましい。これにより、第１の外周面及び第２の外周面を容易に形成することができる。
【０００９】
さらに、第１の外周面は、回転子の中心を曲率中心とする円弧形状に形成するのが好ましい。また、第２の外周面は、回転子の中心より第２の外周面と反対方向に離れた位置を曲率中心とする円弧形状に形成するのが好ましい。これにより、第１の外周面及び第２の外周面をより容易に形成することができる。また、補助磁極部に対応する箇所におけるエアギャップを滑らかに変化させることができるとともに、第１の外周面と第２の外周面の境界部での変化を抑えることができる。したがって、起電力波形に含まれる高調波を効果的に低減することができる。
【００１０】
軸方向に交差する方向から見て、同じ主磁極部に隣接して設けられている層のうち、中心側の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の長さを、外周側の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の長さより長く設定することができる。「永久磁石の長さ」は、軸方向に交差する方向から見て、磁石挿入孔に沿った長さを意味する。
多層構造の永久磁石回転機では、主磁極部中央部分から流出入する磁束と、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁間（層間）から流出入する磁束によるマグネットトルクを利用している。主磁極部中央部から流出入する磁束は、主磁極の隣接する層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石から流出入する磁束の和に対応する。一方、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁間（層間）から流出入する磁束は、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石から流出入する磁束の差に対応する。このため、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石それぞれから流出入する磁束が異なるように構成される。一般的には、中心側の層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石から流出入する磁束から、外周側の層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石から流出入する磁束を減算した磁束が流出入するように構成される。本発明では、隣接する層の磁石挿入孔に挿入される永久磁石の長さを変えているため、同じ特性の永久磁石を用いることができる。
【００１１】
隣接する磁石挿入孔に挿入されている永久磁石それぞれから流出入する磁束を変える方法としては、異なる特性を有する永久磁石を隣接する磁石挿入孔に挿入する方法を用いることもできる。この方法を用いる場合には、隣接する層の永久磁石として同じ長さの永久磁石を用いることができる。勿論、隣接する層の磁石挿入孔に、特性及び長さが異なる永久磁石を挿入することもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の技術を用いることにより、起電力波形に含まれている高調波波形を低減しながら、ｑ軸付近の間隙を低減してｑ軸インダクタンスを大きくすることができる。これにより、多層構造の永久磁石回転機の効率を向上させることがきる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
永久磁石電動機３０を用いた圧縮機の一例の構成を図１、図２に示す。図１は、圧縮機１０の縦断面図である。図２は、図１に示した永久磁石電動機３０の回転子５０の縦断面図である。なお、図１には、一層構造の永久磁石電動機３０が示されている。以下に説明する本発明の実施の形態の多層構造の永久磁石電動機は、図１に示されている一層構造の永久磁石電動機３０に替えて用いられる。
圧縮機１０は、圧縮機構部２０と、永久磁石電動機３０と、アキュムレータ７０等により構成されている。圧縮機２０と永久磁石電動機３０は、密閉容器１１内に配置されている。密閉容器１１には、吸入管７１と、吐出管１２が設けられている。
【００１４】
アキュムレータ７０は、冷却媒体（例えば、冷却ガス）と潤滑油を分離する。アキュムレータ７０で分離された冷却媒体は、吸入管７１を介して圧縮機構部２０に戻される。また、アキュムレータ７０で分離された潤滑油は、潤滑油溜め２５に戻される。
圧縮機構部２０は、シリンダ２１と、回転軸６０により駆動される偏心ロータ２２を有している。圧縮機構部２０は、偏心ロータ２２の回転によって、吸入管７１から吸入した冷却媒体をシリンダ２１内で圧縮する。
圧縮機構部２０で圧縮された冷却媒体は、永久磁石電動機３０の固定子４０に形成されている通路（溝、孔、切欠）、回転子５０に形成されている通路孔、固定子４０と回転子５０との間の間隙（エアギャップ）等を通り、吐出管１２から吐出される。
また、回転軸６０の回転によって、潤滑油溜め２５に貯留されている潤滑油が圧縮機構部２０の摺動部に供給される。摺動部を潤滑した潤滑油は、潤滑油留め２５に戻される。
図１に示す圧縮機１０では、冷却媒体と潤滑油が混在した媒体が吐出管１２から吐出される。
【００１５】
永久磁石電動機３０は、固定子４０と回転子５０を備えている。
固定子４０は、薄い板状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。固定子４０には、図３に示すように、内周側にティース４２が設けられている。固定子４０の外周形状は、適宜決定される。ティース４２は、ティース本体部４２ａと、ティース本体部４２ａの先端から周方向の両側に延びるティース端部４２ｂ、４２ｃにより構成されている。そして、回転子５０の外周面と対向する箇所には、ティース端部４２ｂと４２ｃに跨るティース先端面４２ｄが設けられている。
ティース４２によって、スロット４３が形成されている。スロット４３内には、固定子コイル４１（図１参照）が、典型的には、分布巻方式や集中巻方式によって収容される。
【００１６】
回転子５０は、筒形状を有し、固定子４０の内周側に回転可能に配設される。この時、回転子５０の外周面と固定子４０のティース４２のティース先端面４２ｄとの間の間隙（エアギャップ）は、所定範囲に設定される。
回転子５０は、薄い板状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。回転子５０には、図２に示すように、回転軸挿入孔５９、磁石挿入孔５１、カシメピン挿入孔５５が、回転子５０の軸方向に形成されている。
なお、図２には示されていないが、回転子５０には、通路孔（例えば、図３の５９ａ１、５９ａ２〜５９ｄ１、５９ｄ２、５９ａｂ〜５９ｄａ）が、回転子５０の軸方向に形成されている。
回転軸挿入孔５９には、回転軸６０が挿入される。例えば、回転軸６０の外径を回転軸挿入孔５９の内径より大きく形成する。そして、回転軸６０を、例えば、「圧入方法」あるいは「焼ばめ方法」によって回転軸挿入孔５９に挿入する。「焼ばめ方法」を用いる場合には、回転子５０を加熱した後に、回転軸挿入孔５９に回転軸６０を挿入する。「圧入方法」を用いる場合には、回転軸６０に強力な力を加えることによって、回転軸６０を回転軸挿入孔５９に挿入する。
磁石挿入孔５１には、永久磁石５２が挿入される。
積層体の軸方向両端部には、端板５３が配設される。そして、カシメピン挿入孔５５に挿入されたカシメピン５６によって、積層体と端板５３が一体化される。５４は、圧縮機構部２０の偏心ロータ２２のアンバランス量を調整するためのバランスウェイトである。
なお、各電磁鋼板には、各電磁鋼板を積層する際に、各電磁鋼板を固定するためのかしめが形成される。
【００１７】
次に、本実施の形態の永久磁石電動機の構成を以下に説明する。
［第1の実施の形態］
第１の実施の形態の永久磁石電動機３０の固定子４０と回転子５０の構成を図３に示す。図３は、固定子４０と回転子５０を、軸方向に交差する方向（例えば、直角な方向）から見た断面図（横断面図）である。
本実施の形態では、磁極数が４（極対数が２）である回転子５０を用いている。また、固定子巻線は分布巻方式で巻かれている。以下に説明する他の実施例においても同様である。
【００１８】
回転子５０は、軸方向に交差する方向（例えば、直角な方向）から見て、主磁極部と補助磁極部が周方向に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孔が設けられている。
以下では、各主磁極部を［ａ］、［ｂ］、［ｃ］、［ｄ］で表し、各補助磁極部を［ａｂ］、［ｂｃ］、［ｃｄ］、［ｄａ］で表す。そして、主磁極部［ａ］〜［ｄ］に設けられている要素には記号ａ〜ｄあるいはＡ〜Ｄを付し、補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］に設けられている要素には記号ａｂ〜ｄａあるいはＡＢ〜ＤＡを付している。
主磁極部［ａ］〜［ｄ］と補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］を周方向に交互に配置することにより、主磁極部［ａ］〜［ｄ］に設けられている磁石挿入孔に挿入された永久磁石から流出入する磁束によって発生するマグネットトルクと、補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］の突極性によって発生するリラクタンストルクの両方を利用することができる。
また、以下では、回転軸挿入孔５９の中心（回転子５０の中心Ｏ）と主磁極部［ａ］〜［ｄ］の周方向中心とを結ぶ線を「主磁極部の中心線」あるいは「ｄ軸」と言い、回転軸挿入孔５９の中心（回転子５０の中心Ｏ）と補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］の周方向中心とを結ぶ線を「補助磁極部の中心線」あるいは「ｑ軸」と言う。
【００１９】
回転子５０の外周面は、軸方向に交差する方向（例えば、直角な方向）から見て、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄと第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡにより構成されている。
第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄは、主磁極部［ａ］〜［ｄ］に対応している。第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄは、回転子５０の中心Ｏと主磁極部［ａ］〜［ｄ］の周方向中心部とを結ぶ線（ｄ軸）と交差し、突部側が外周方向を向いた第１の曲線形状に形成されている。
第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡは、補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］に対応している。第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡは、回転子５０の中心Ｏと補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］の周方向中心部とを結ぶ線（ｑ軸）と交差し、突部側が外周方向を向いた第２の曲線形状に形成されている。なお、第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡは、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄより大きい曲率半径を有している。
第１の外周面５０Ａと第２の外周面５０ＡＢ、５０ＤＡは、接続点５０Ａ１、５０Ａ２で接続されている。他の第１の外周面と第２の外周面も同様に接続されている。
本実施の形態では、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄは、回転子５０の中心Ｏを中心とし、曲率半径Ｒｄ（＝回転子５０の半径Ｒ）を有する円弧形状に形成されている。また、第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡは、回転子５０の中心Ｏから、第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡより反対方向に離れた位置（例えば、外周面５０ＣＤの場合は、点Ｑ）を曲率中心とし、曲率半径Ｒｄより大きい曲率半径Ｒｑ（Ｒｑ＞Ｒｄ）を有する円弧形状に形成されている。なお、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄの曲率中心は、厳密に回転子５０の中心Ｏでなくてもよく、回転子５０の中心Ｏの近傍であってもよい。すなわち、「回転子５０の中心Ｏを中心とする」という記載は、「回転子５０の中心Ｏの近傍の位置を中心とする」概念を包含している。
第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄの第１の曲線形状及び第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡの第２の曲線形状は、円弧形状以外の曲線形状であってもよい。
主磁極部［ａ］〜［ｄ］に対応する第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄが、本発明の「第１の曲線形状を有する第１の外周面」に対応する。また、補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］に対応する第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡが、本発明の「第２の曲線形状を有する第２の外周面」に対応する。
主磁極［ａ］〜［ｄ］に対応する外周面５０Ａ〜５０Ｄの曲線形状や、補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］に対応する外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡの曲線形状は、円弧形状に限定されない。
【００２０】
補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］に対応する第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡの曲率半径を、主磁極部［ａ］〜［ｄ］に対応する第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄの曲率半径より大きく設定することにより、補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］のｑ軸付近の間隙（エアギャップ）Ｇｑ（図３参照）を、主磁極部［ａ］〜［ｄ］のｄ軸付近の間隙（エアギャップ）Ｇｄ（図３参照）より大きくすることができる（Ｇｑ＞Ｇｄ）。また、回転子５０の外周面の形状が、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄと第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡの境界部で急激に変化しない。特に、本実施の形態では、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄを、回転子５０の中心Ｏを中心とし、曲率半径Ｒｄを有する円弧形状に形成している。また、第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡを、回転子５０の中心Ｏから、第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡより反対方向に離れた（ずれた）位置Ｑを中心とし、曲率半径Ｒｑを有する円弧形状に形成している。このため、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄと第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡの境界部での急激な変化が効果的に抑制されている。
このように、第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡに対応する箇所のエアギャップは、ｑ軸に対応する箇所から周方向に沿って、ｑ軸に対応する箇所のエアギャップＧｑからｄ軸に対応する箇所のエアギャップＧｄに徐々に減少している。したがって、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄと第２の外周面５０ＡＢ〜５０ＤＡの境界部が固定子４０のティース４２が配置されている箇所を通過する時に、固定子４０のティース４２に流れる磁束の急激な変化が抑制される。ティース４２に流れる磁束の急激な変化が抑制されることにより、固定子巻線４１の誘起電圧に含まれる高調波成分の増加が抑制される。これにより、入力電圧と入力電流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を用いて永久磁石電動機を制御する場合でも、回転子の回転位置を精度よく検出することができる。したがって、固定子巻線に流れる電流を最適に制御することができ、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
なお、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄを回転子５０の中心Ｏを中心とする円弧形状に形成した場合には、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄに対応する区間では、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄとティース先端面との間の間隙（エアギャップ）は小さく、且つ一定である。これにより、第１の外周面５０Ａ〜５０Ｄに対応する区間では、磁束はティース４２を円滑に流れることができる。
【００２１】
回転子５０の主磁極部［ａ］〜［ｄ］には、磁石挿入孔が多層状に設けられている。本実施の形態では、磁石挿入孔が２層設けられている。
主磁極部［ａ］〜［ｄ］に設けられている磁石挿入孔は同じ形状であるため、主磁極部［ａ］に設けられている磁石挿入孔について説明する。
主磁極部［ａ］には、軸方向に交差する方向から見て、径方向に沿って第１及び第２の層の磁石挿入孔が設けられている。すなわち、径方向の中心側に第１の層の磁石挿入孔５５ａが設けられ、径方向の外周側に第２の層の磁石挿入孔５７ａが設けられている。
第１の層の磁石挿入孔５５ａは、ｄ軸に交差する方向に延びている中央部と、中央部の両端部から外周方向にｑ軸に沿って延びている第１及び第２の外周部により構成されている。本実施の形態では、磁石挿入孔５５ａの中央部は、ｄ軸に直交する方向に延びている中央壁５５ａ１と５５ａ２により形成されている。また、第１の外周部は、中央壁５５ａ１、５５ａ２の一方側の端部から外周方向にｑ軸に沿って延びている側壁５５ａ３及び５５ａ４と、側壁５５ａ３と５５ａ４の外周側の端部間に、回転子の外周面に沿って設けられている端壁５５ａ７により形成されている。また、第２の外周部は、中央壁５５ａ１、５５ａ２の他方側の端部から外周方向にｑ軸に沿って延びている側壁５５ａ５及び５５ａ６と、側壁５５ａ５と５５ａ６の外周側の端部間に、回転子の外周面に沿って設けられている端壁５５ａ８により形成されている。
第２の層の磁石挿入孔５７ａも、第１の層の磁石挿入孔５５ａと同様に、ｄ軸に交差する方向に延びている中央部と、中央部の両端部から外周方向にｑ軸に沿って延びている第１及び第２の外周部により構成されている。磁石挿入孔５７ａの中央部は、中央壁５７ａ１と５７ａ２により形成されている。また、第１の外周部は、中央壁５７ａ１、５７ａ２の一方側の端部から外周方向に延びている側壁５７ａ３及び５７ａ４と、側壁５７ａ３と５７ａ４の外周側の端部間に設けられている端壁５７ａ７により形成されている。また、第２の外周部は、中央壁５７ａ１、５７ａ２の他方側の端部から外周方向に延びている側壁５７ａ５及び５７ａ６と、側壁５７ａ５と５７ａ６の外周側の端部間に設けられている端壁５７ａ８により形成されている。
主磁極部［ｂ］〜［ｄ］にも、主磁極部［ａ］の第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ａ及び５７ａと同様の形状の第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ｂ及び５７ｂ、５５ｃ及び５７ｃ、５５ｄ及び５７ｄが設けられている。
磁石挿入孔５５ａ、５７ａ〜５５ｄ、５７ｄの端壁５５ａ７、５５ａ８、５７ａ７、５７ａ８〜５５ｄ７、５５ｄ８、５７ｄ７、５７ｄ８と回転子５０の外周面との間には、ブリッジが設けられている。これにより、遠心力に対する回転子５０の強度を高めることができる。
以上のように、本実施の形態では、主磁極部［ａ］〜［ｄ］には、軸方向に交差する方向から見て、中心側に向けて突状（外周方向に向けて凹状）に形成されている台形形状を有する第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ａ及び５７ａ〜５５ｄ及び５７ｄが、径方向に沿って設けられ、２層構造を有している。
【００２２】
主磁極部［ａ］〜［ｄ］の磁石挿入孔５５ａ、５７ａ〜５５ｄ、５７ｄには、永久磁石５６ａ、５８ａ〜５６ｄ、５８ｄが挿入される。永久磁石としては、フェライト磁石や希土類磁石等が用いられる。
本実施の形態では、主磁極部［ａ］〜［ｄ］の第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ａ及び５７ａ〜５５ｄ及び５７ｄの中央部に永久磁石５６ａ及び５８ａ〜５６ｄ及び５８ｄが挿入される。永久磁石５６ａ及び５８ａ〜５６ｄ及び５８ｄは、軸方向に直角な断面形状が長方形に形成されている。
永久磁石５６ａ、５８ａ〜５６ｄ、５８ｄは、磁石挿入孔５５ａ、５７ａ〜５５ｄ、５７ｄと永久磁石５６ａ、５８ａ〜５６ｄ、５８ｄとの間に隙間が形成されるように挿入される。例えば、「隙間ばめ方法」を用いて挿入される。「隙間ばめ方法」を用いて永久磁石を磁石挿入孔に挿入することにより、「圧入方法」や「焼ばめ方法」を用いて挿入する場合に比べて、永久磁石を磁石挿入孔に簡単に挿入することができる。これにより、永久磁石が割れたり、欠けたりすることがない。
【００２３】
主磁極［ａ］〜［ｄ］の第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ａ、５７ａ〜５５ｄ、５７ｄに挿入された永久磁石は、隣接する主磁極部の極性が異なるように磁化される。例えば、図４に示されているように、主磁極部［ａ］の第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ａ及び５７ａに挿入された永久磁石５６ａ及び５８ａは、中心側がＳ極、外周側がＮ極になるように着磁される。一方、主磁極部［ａ］に隣接する主磁極部［ｄ］の第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ｄ及び５７ｄに挿入された永久磁石５６ｄ及び５８ｄは、中心側がＮ極、外周側がＳ極になるように着磁される。これにより、Ｎ極の主磁極部とＳ極の主磁極部が周方向に交互に配置される。
永久磁石を磁化する方法としては、例えば、回転子５０の回転軸挿入孔５９に回転軸６０を挿入した後、回転子５０と対向する固定子４０の固定子コイル４１に着磁用電流を流す方法を用いることができる。
【００２４】
前述したように、多層構造の永久磁石電動機では、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石それぞれから流出入する磁束の差に対応するマグネットトルクを利用している。例えば、図６に示すように、主磁極部［ａ］の第１の層の永久磁石５６ａから流出入する磁束の量（磁束量）がＮ１、第２の層の永久磁石５８ａから流出入する磁束の量（磁束量）がＳ２である場合には、（Ｎ１−Ｓ２）の磁束量が主磁極部［ａ］の隣接する層の磁石挿入孔の端壁間（層間）から流出入する。
本実施の形態では、軸方向に交差する方向から見て、主磁極部［ａ］〜［ｄ］の第１及び第２の層のうち、中心側の第１の層の磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄに挿入されている永久磁石５６ａ〜５６ｄの長さが、外周側の第２の層の磁石挿入孔５７ａ〜５７ｄに挿入されている永久磁石５８ａ〜５８ｄの長さより長くなるように構成されている。ここで、「永久磁石の長さ」は、軸方向に交差する方向から見て、磁石挿入孔に沿った長さを意味している。これにより、主磁極部［ａ］〜［ｄ］の第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ａ、５７ａ〜５５ｄ、５７ｄに同じ特性を有する（例えば、同じ磁束密度を有する）永久磁石を挿入した場合でも、第１及び第２の層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石から流出入する磁束を異ならせることができる。
なお、主磁極部［ａ］〜［ｄ］の第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ａ、５７ａ〜５５ｄ、５７ｄに、それぞれ異なる特性を有する（例えば、磁束密度が異なる）永久磁石を挿入することもできる。
また、隣接する層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石それぞれから流出入する磁束を異なるものとする態様としては、種々の態様を用いることができる。例えば、図９に示すように、中心側の第１の層の磁石挿入孔５５ａに挿入される永久磁石５６ａと、外周側の第２の層の磁石挿入孔５７ａに挿入される永久磁石５８ａを同じ長さに設定するとともに、永久磁石５６ａの特性と永久磁石５８ａの特性が異なる態様を用いることができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、主磁極部［ａ］〜［ｄ］に隣接して設けられている層の磁石挿入孔に挿入されている永久磁石それぞれから流出入する磁束の差が流出入する箇所、すなわち、隣接して設けられている層の磁石挿入孔の端壁間（層間）の箇所が、第２の外周面に対向するように磁石挿入孔が設けられている。例えば、主磁極部［ａ］の中心側の第１の層の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７と、外周側の第２の層の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７に挟まれた箇所（層間）が第２の外周面５０ＤＡに対向するように、磁石挿入孔５５ａ、５７ａが設けられている。前述したように、第２の外周面５０ＤＡに対応する箇所のエアギャップは、ｑ軸に対応する箇所から周方向に沿って、ｑ軸に対応する箇所のエアギャップＧｑからｄ軸に対応する箇所のエアギャップＧｄに徐々に減少している。これにより、隣接する磁石挿入孔５５ａ及び５７ａの端壁間（層間）から流出入する磁束（磁石挿入孔５５ａ及び５７ａに挿入されている永久磁石５６ａ及び５８ａそれぞれから流出入する磁束の差）は、徐々に変化するエアギャップを介して流れるため、磁石挿入孔５５ａ及び５７ａの端壁間（層間）から流出入する磁束によって固定子４０のティース４２に流れる磁束の急激な変化が抑制される。
したがって、多層構造の永久磁石電動機における、固定子巻線の誘起電圧に含まれる高調波成分の増加を効果的に抑制することができる。
【００２６】
磁石挿入孔に挿入された永久磁石が移動可能である場合には、永久磁石を磁石挿入孔内に位置決めするための位置決め部材を設けるのが好ましい。例えば、磁石挿入孔５５ａ、５７ａ〜５５ｄ、５７ｄ内の所定の位置に、磁石挿入孔５５ａ、５７ａ〜５５ｄ、５７ｄ内に突出する位置決め部材を設ける。
本実施の形態では、永久磁石５６ａ、５８ａ〜５６ｄ、５８ｄを、磁石挿入孔５５ａ、５７ａ〜５５ｄ、５７ｄの中央部に挿入したが、外周部に挿入することもできる。また、製造の容易性を考慮すると、軸方向に直角な断面形状が長方形である永久磁石を用いるのが好ましいが、他の形状の永久磁石を用いることもできる。また、磁石挿入孔に挿入する永久磁石の数も適宜選択可能である。
また、磁石挿入孔の、回転子５０の外周面に対向する箇所には、磁束の短絡を防止するために、空隙部等の非磁性領域を設けてもよい。すなわち、磁石挿入孔の端壁と、磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の端部との間に、非磁性領域を設けてもよい。
【００２７】
主磁極部［ａ］〜［ｄ］や補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］には、冷却媒体や潤滑油等の媒体を流す通路孔が設けられている。
本実施の形態では、主磁極部［ａ］〜［ｄ］には、中心側に設けられている第１の層の磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄより中心側に、通路孔５９ａ１、５９ａ２〜５９ｄ１、５９ｄ２が設けられている。また、補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］には、カシメピン挿入孔５９ａｂ〜５９ｄａが、回転子５０の内周側に設けられている。通路孔及びカシメピン挿入孔は、回転子５０を軸方向に貫通する孔（貫通孔）として形成されている。通路孔５９ａ１、５９ａ２〜５９ｄ１〜５９ｄ２は、主磁極部［ａ］〜［ｄ］の中心線（ｄ軸）に対して左右に設けられている。カシメピン挿入孔５９ａｂ〜５９ｄａは、補助磁極部［ａｂ］〜［ｄａ］の中心線（ｑ軸）上に設けられている。
通路孔５９ａ１、５９ａ２〜５９ｄ１、５９ｄ２が回転子５０の内周側に設けられていることにより、回転子５０の外周側に設けられている場合に比して、通路孔内を流れる媒体（冷却媒体や潤滑油等）に作用する遠心力が低減される。これにより、通路孔５９ａ１、５９ａ２〜５９ｄ１、５９ｄ２内を流れる媒体の流体抵抗が低減され、媒体が通路孔５９ａ１、５９ａ２〜５９ｄ１、５９ｄ２内を容易に流れることができる。
【００２８】
次に、同じ主磁極部内の隣接する層の磁石挿入孔の配置関係について検討する。
いま、主磁極部［ａ］〜［ｄ］の第１及び第２の層の磁石挿入孔５５ａ及び５７ａ〜５５ｄ及び５７ｄの配置関係が図５に示されている状態にある場合を考える。例えば、主磁極部［ａ］の中心側の第１の層の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７のｑ軸側（隣接する補助磁極部［ｄａ］のｑ軸側）の端部と、外周側の第２の層（第１の層に隣接している第２の層）の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７のｄ軸側（主磁極部［ａ］のｄ軸側）の間の長さＭが、ティース４２のティース先端面４２ｄの長さＫより小さい場合（Ｍ≦Ｋ）を考える。ここで、第１の層の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７のｑ軸側は、磁石挿入孔５５ａのｑ軸側（中心側）の側壁５５ａ３と端壁５５ａ７の接続部が対応する。また、第２の層の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７のｄ軸側は、磁石挿入孔５７ａのｄ軸側（外周側）の側壁５７ａ４と端壁５７ａ７の接続部が対応する。
この場合には、主磁極部［ａ］の第２の層（外周側の層）の磁石挿入孔５７ａより外周側から、ティース４２Ｃ及びティース４２Ａを介して補助磁極部［ｄａ］に磁束が流れる。この磁束は、回転トルクに寄与する磁束である。
また、（Ｍ≦Ｋ）の関係にあるため、第２の層（外周側の層）の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７のｄ軸側と、第１の層（中心側の層）の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７のｑ軸側が、１つのティース４２Ｂのティース先端面４２ｄに同時に対向する状態が発生する。この状態の時、主磁極部［ａ］の第２の層（外周側の層）の磁石挿入孔５７ａより外周側から、ティース４２Ｂを介して補助磁極部［ｄａ］に磁束が流れる。すなわち、磁束の短絡が発生する。
したがって、（Ｍ≦Ｋ）の条件が満足される場合には、磁束の短絡が発生するのを防止するために、補助磁極部に対応する箇所の間隙（エアギャップ）を増大させる必要がある。このように、補助磁極部に対応する箇所の間隙を増大させると、ｑ軸インダクタンスが小さくなり、リラクタンストルクが低下する。
【００２９】
本実施の形態では、図４に示すように、主磁極部［ａ］の中心側の第１の層の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７のｑ軸側と、外周側の第２の層の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７のｄ軸側の間の長さＭを、ティース４２のティース先端面の長さＫより長くなるように構成している（Ｍ＞Ｋ）。
これにより、第２の層（外周側の層）の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７のｄ軸側と、第１の層（中心側の層）の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７のｑ軸側が、１つのティース４２のティース先端面４２ｄに同時に対向することがない。すなわち、主磁極部［ａ］の第２の層（外周側の層）の磁石挿入孔５７ａより外周側から、ティース４２を介して補助磁極部［ｄａ］に磁束が流れることによって、磁束の短絡が発生することがない。このため、補助磁極部に対応する箇所の間隙（エアギャップ）を減少させることができ、ｑ軸インダクタンスを大きくしてリラクタンストルクを増大させることがきる。そして、リラクタンストルクの増大によって、永久磁石電動機の効率が向上する。
【００３０】
以上のように、本実施の形態では、多層構造の永久磁石回転機において、回転子の外周面を、主磁極部のｄ軸と交差する第１の曲線形状の第１の外周面と、補助磁極部のｑ軸と交差する第２の曲線形状の第２の外周面により構成するとともに、第２の外周面の曲率半径を第１の外周面の曲率半径より大きく設定することにより、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。特に、本実施の形態では、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁が、第２の外周面に対向する位置に設けられている。これにより、隣接する磁石挿入孔の層間から流出入する磁束によってティースに流れる磁束が急激に変化することを抑制することができる。したがって、多層構造の永久磁石電動機において、起電力波形に含まれている高調波磁束を効果的に低減することができる。
また、本実施の形態では、同じ主磁極内に隣接して設けられている層の磁石挿入孔のうち、外周側の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部と、中心側の層の磁石挿入孔の端壁のｑ軸側端部の間の長さが、ティース先端面の長さより長くなるように設定されている。これにより、外周側の磁石挿入孔より外周側を流れる磁束が、ティースを介して補助磁極部に流れて磁束が短絡されるのを防止することができる。したがって、補助磁極部に対応する箇所の間隙（エアギャップ）を小さくすることができる。補助磁極部に対応する箇所の間隙が小さいと、ｑ軸インダクタンスが大きくなってリラクタンスが増大し、永久磁石電動機の効率が向上する。
すなわち、本実施の形態は、多層構造の永久磁石電動機において、補助磁極部に対応する箇所の間隙を主磁極部に対応する箇所の間隙よりも大きくして起電力波形に含まれる高調波を低減しながら、補助磁極部に対応する箇所の間隙の増加量を抑制してリラクタンストルクを増大させることができ、多層構造の永久磁石電動機の高効率化を図ることができる。
【００３１】
次に、第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構成要素によって構成される。また、第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、多層構造の永久磁石電動機において、起電力波形に含まれる高調波を低減しながら、補助磁極部に対応する箇所の間隙の増加量を抑制してリラクタンストルクを増大させている。
異なる主磁極部に設けられている各層の磁石挿入孔のうち、補助磁極部を挟んで対向して（隣接して）設けられている層の磁石挿入孔の配置関係について検討する。
いま、補助磁極部を挟んで設けられる層の磁石挿入孔の配置関係が図７に示されている状態にある場合を考える。例えば、主磁極部［ａ］の、主磁極部［ａ］と隣接する主磁極部［ｄ］側（補助磁極部［ｄａ］側）の層の磁石挿入孔（中心側の層の磁石挿入孔）５５ａの端壁５５ａ７のｄ軸側（主磁極部［ａ］のｄ軸側）と、主磁極部［ｄ］の、主磁極部［ｄ］と隣接する主磁極部［ａ］側（補助磁極部［ｄａ］側）の層の磁石挿入孔５５ｄの端壁５５ｄ８のｄ軸側（主磁極部［ｄ］のｄ軸側）の間の長さＮが、ティース４２のティー先端面４２ｄの長さＫより小さい場合（Ｎ≦Ｋ）を考える。ここで、主磁極部［ａ］の中心側の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７のｄ軸側は、磁石挿入孔５５ａのｄ軸側（外周側）の側壁５５ａ４と端壁５５ａ７の接続部が対応する。また、主磁極部［ｄ］の中心側の層の磁石挿入孔５５ｄの端壁５５ｄ８のｄ軸側は、磁石挿入孔５５ｄのｄ軸側（外周側）の側壁５５ｄ６と端壁５５ｄ８の接続部が対応する。
【００３２】
この場合には、主磁極部［ａ］の中心側の第１の層の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７と外周側の第２の層の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７との間から、ティース４２Ｃ及びティース４２Ａを介して、隣接する主磁極部［ｄ］の中心側の第１の層の磁石挿入孔５５ｄの端壁５５ｄ８と外周側の第２の層の磁石挿入孔５７ｄの端壁５７ｄ８との間に磁束が流れる。この磁束は、例えば、主磁極部［ａ］の内周側の第１の層の磁石挿入孔５５ａに挿入されている永久磁石５６ａ及び外周側の第２の層の磁石挿入孔５７ａに挿入されている永久磁石５８ａの磁束の差に対応する。この磁束は、回転トルクに寄与する磁束である。
また、（Ｎ≦Ｋ）の関係にあるため、主磁極部［ａ］の第１の層の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７と第２の層の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７との間の箇所と、主磁極部［ｄ］の第１の層の磁石挿入孔５５ｄの端壁５５ｄ８と第２の層の磁石挿入孔５７ｄの端壁５７ｄ８との間の箇所が１つのティース４２Ｂのティース先端面４２ｄに同時に対向する状態が発生する。この状態の時、主磁極部［ａ］の第１の層の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７と第２の層の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７との間から、ティース４２Ｂを介して、主磁極部［ｄ］の第１の層の磁石挿入孔５５ｄの端壁５５ｄ８と第２の層の磁石挿入孔５７ｄの端壁５７ｄ８の間に磁束が流れる。すなわち、磁束の短絡が発生する。
したがって、（Ｎ≦Ｋ）の条件が満足される場合には、磁束の短絡が発生するのを防止するために、補助磁極部に対応する箇所の間隙（エアギャップ）を増大させる必要がある。このように、補助磁極部に対応する箇所の間隙を増大させると、ｑ軸インダクタンスが小さくなり、リラクタンストルクが低下する。
【００３３】
本実施の形態では、図６に示すように、主磁極部［ａ］の中心側の第１の層の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７のｄ軸側（主磁極部［ａ］のｄ軸側）と、主磁極部［ｄ］の中心側の第１の層の磁石挿入孔５５ｄの端壁５５ｄ８のｄ軸側（主磁極部［ｄ］のｄ軸側）の間の長さＮを、ティース４２のティース先端面４２ｄの長さＫより長くなるように構成している（Ｎ＞Ｋ）。
これにより、主磁極部［ａ］の第１の層（中心側の層）の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７のｄ軸側と、主磁極部［ｄ］の第１の層（中心側の層）の磁石挿入孔５５ｄの端壁５５ｄ８のｄ軸側が、１つのティース４２のティース先端面４２ｄに同時に対向することがない。すなわち、主磁極部［ａ］の第１の層の磁石挿入孔５５ａの端壁５５ａ７と第２の層の磁石挿入孔５７ａの端壁５７ａ７の間から、ティース４２を介して主滋極部［ｄ］の第１の層の磁石挿入孔５５ｄの端壁５５ｄ８と第２の層の磁石挿入孔５７ｄの端壁５７ｄ８の間に磁束が流れることによって、磁束の短絡が発生することがない。このため、補助磁極部に対応する箇所の間隙（エアギャップ）を減少させることができ、ｑ軸インダクタンスを大きくしてリラクタンストルクを増大させることがきる。そして、リラクタンストルクの増大によって、永久磁石電動機の効率が向上する。
【００３４】
以上のように、本実施の形態では、多層構造の永久磁石回転機において、回転子の外周面を、主磁極部のｄ軸と交差する第１の曲線形状の第１の外周面と、補助磁極部のｑ軸と交差する第２の曲線形状の第２の外周面により構成するとともに、第２の外周面の曲率半径を第１の外周面の曲率半径より大きく設定することにより、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。特に、本実施の形態では、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁が、第２の外周面に対向する位置に設けられている。これにより、隣接する磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の層間から流出入する磁束によってティースに流れる磁束が急激に変化することを抑制することができる。したがって、多層構造の永久磁石電動機において、起電力波形に含まれている高調波磁束を効果的に低減することができる。
また、本実施の形態では、補助磁極部を挟んで対向して設けられている層のうち、一方の層の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部と、他方の層の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部の間の長さが、ティース先端面の長さより長くなるように設定されている。これにより、隣接する主磁極部のうちの一方の主滋極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁の間からの磁束が、他方の主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁の間に流れて磁束が短絡されるのを防止することができる。したがって、補助磁極部に対応する箇所の間隙（エアギャップ）を小さくすることができる。補助磁極部に対応する箇所の間隙が小さいと、ｑ軸インダクタンスが大きくなってリラクタンスが増大し、永久磁石電動機の効率が向上する。
すなわち、本実施の形態は、多層構造の永久磁石電動機において、補助磁極部に対応する箇所の間隙を主磁極部に対応する箇所の間隙よりも大きくして起電力波形に含まれる高調波を低減しながら、補助磁極部に対応する箇所の間隙の増加量を抑制してリラクタンストルクを増大させることができ、多層構造の永久磁石電動機の高効率化を図ることができる。
【００３５】
次に、第３の実施の形態を説明する。第３の実施の形態は、第１の実施の形態の構成と、第２の実施の形態の構成を備えている。
すなわち、第３の実施の形態は、多層構造の永久磁石回転機において、回転子の外周面を、主磁極部のｄ軸と交差する第１の曲線形状の第１の外周面と、補助磁極部のｑ軸と交差する第２の曲線形状の第２の外周面により構成するとともに、第２の外周面の曲率半径を第１の外周面の曲率半径より大きく設定している。特に、主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁が、第２の外周面に対向する位置に設けられている。これにより、隣接する磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の層間から流出入する磁束によってティースに流れる磁束が急激に変化することを抑制することができる。したがって、多層構造の永久磁石電動機において、起電力波形に含まれている高調波磁束を効果的に低減することができる。
また、同じ主磁極内に隣接して設けられている層の磁石挿入孔のうち、外周側の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部と、中心側の層の磁石挿入孔の端壁のｑ軸側端部の間の長さを、ティース先端面の長さより長く設定している。これにより、外周側の磁石挿入孔より外周側を流れる磁束が、ティースを介して補助磁極部に流れて磁束が短絡されるのを防止することができる。
さらに、補助磁極部を挟んで対向して設けられている層の一方及び他方の磁石挿入孔の端壁のｄ軸側端部の間の長さを、ティース先端面の長さより長く設定している。これにより、隣接する主磁極部のうちの一方の主滋極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁の間からの磁束が、他方の主磁極部の隣接する層の磁石挿入孔の端壁の間に流れて磁束が短絡されるのを防止することができる。
これにより、補助磁極部に対応する箇所の間隙（エアギャップ）をより小さくすることができる。
したがって、多層構造の永久磁石電動機のさらなる効率化を図ることができる。
【００３６】
第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態の効率特性を図８に示す。図８の横軸は通電進角（電気角）を示し、縦軸は効率（％）を示している。
一点鎖線は、第１及び第２の外周面を有し、ｑ軸エアギャップがＧｑ１［＝１．２ｍｍ］、ｄ軸エアギャップがＧｄ１［＝０．５ｍｍ］で、［Ｍ≦Ｋ］（図５の条件）または［Ｎ≦Ｋ］（図７の条件）のいずれかを満足する永久磁石電動機の効率特性を示している。
二点差線は、第１及び第２の外周面を有し、ｑ軸エアギャップがＧｑ２［＝０．６ｍｍ＜Ｇｑ１］、ｄ軸エアギャップがＧｄ１［＝０．５ｍｍ］で、［Ｍ≦Ｋ］（図５の条件）または［Ｎ≦Ｋ］（図７の条件）のいずれかを満足する永久磁石電動機の効率特性を示している。
破線は、第１及び第２の外周面を有し、ｑ軸エアギャップがＧｑ２［＝０．６ｍｍ］、ｄ軸エアギャップがＧｄ１［＝０．５ｍｍ］で、［Ｍ＞Ｋ］（第１の実施の形態の条件）または［Ｎ＞Ｋ］（第２の実施の形態の条件）のいずれかを満足する永久磁石電動機の効率特性を示している。
実線は、第１及び第２の外周面を有し、ｑ軸エアギャップがＧｑ２［＝０．６ｍｍ］、ｄ軸エアギャップがＧｄ１［＝０．５ｍｍ］で、［Ｍ＞Ｋ］及び［Ｎ＞Ｋ］の条件（＝第３の実施の形態の条件）を満足する永久磁石電動機の効率特性を示している。
なお、各効率特性は、上記以外は同じ構成である多層永久磁石電動機に対するものである。
図８の二点鎖線で示す効率特性及び一点鎖線で示す効率特性から、回転子の外周面を第１及び第２の外周面により構成した場合でも、［Ｍ≦Ｋ］（図５の条件）または［Ｎ≦Ｋ］（図７の条件）のいずれかを満足する状態では、ｑ軸付近のエアギャップＧｑ（すなわち、補助磁極部に対応する箇所のエアギャップ）を小さくしても、効率が向上しないことが分かる。
また、図８の破線で示す効率特性から、第１の実施の形態の条件［Ｍ＞Ｋ］または第２の実施の形態の条件［Ｎ＞Ｋ］のいずれかを満足している場合には、ｑ軸付近のエアギャップＧｑ（すなわち、補助磁極部に対応する箇所のエアギャップ）を小さくすることによって効率を向上していることが分かる。
さらに、図８の実線で示す効率特性から、第１の実施の形態の条件［Ｍ＞Ｋ］及び第２の実施の形態の条件［Ｎ＞Ｋ］を満足している（第３の実施の形態の条件）場合には、ｑ軸付近のエアギャップＧｑ（すなわち、補助磁極部に対応する箇所のエアギャップ）を小さくすることによって効率がさらに向上していることが分かる。
以上のことから、多層構造の永久磁石電動機では、回転子の外周面を前記第１の外周面と第２の外周面により構成するとともに、前記条件［Ｍ＞Ｋ］（第１の実施の形態）、あるいは、前記条件［Ｎ＞Ｋ］（第２の実施の形態）、あるいは、前記条件［Ｍ＞Ｋ］及び［Ｎ＞Ｋ］（第３の実施の形態）を満足するように構成することにより、起電力波形に含まれる高調波成分を低減しながら、ｑ軸付近のエアギャップ（補助磁極部に対応する箇所のエアギャップ）を小さくしてｑ軸インダクタンス、すなわち、リラクタンストルクを増大することができる。
【００３７】
本発明は、実施の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。
例えば、軸方向に交差する方向から見て、中心側に向けて突状に形成されている台形形状を有する磁石挿入孔を設けた場合について説明したが、Ｖ字形状や曲線形状（例えば、円弧形状）を有する磁石挿入孔を設けることもできる。あるいは、軸方向に交差する方向から見て、ｄ軸に交差する方向に延びる直線形状を有する磁石挿入孔を向けることもできる。また、磁石挿入孔に挿入する永久磁石の形状、数、配置位置等は、適宜選択することができる。
回転子の外周面には、磁石挿入孔の端壁に対応する箇所に切欠や孔を設けることもできる。
２層構造の場合について説明したが、層数は３以上であってもよい。
永久磁石電動機について説明したが、本発明は、磁石挿入孔に永久磁石が挿入されている種々の永久磁石回転機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】永久磁石電動機を用いた圧縮機の一例の縦断面図である。
【図２】図１に示した永久磁石電動機の回転子の縦断面図である。
【図３】第１の実施の形態の永久磁石電動機の固定子及び回転子の横断面図である。
【図４】第１の実施の形態の永久磁石電動機の要部の構成を説明する図である。
【図５】第１の実施の形態の永久磁石電動機の要部の構成を説明する図である。
【図６】第２の実施の形態の永久磁石電動機の要部の構成を説明する図である。
【図７】第２の実施の形態の永久磁石電動機の要部の構成を説明する図である。
【図８】各実施の形態の効率を示す図である。
【図９】主磁極部の隣接す磁石挿入孔に永久磁石を挿入する他の態様を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  圧縮機
１１  密閉容器
１２  吐出管
２０  圧縮機構部
２５  潤滑油溜め
３０  永久磁石電動機
４０  固定子
４１  固定子コイル
５０  回転子
７０  アキュムレータ
７１  吸入管
５９  回転軸挿入孔
５０Ａ〜５０Ｄ  第１の外周面
５０ＡＢ〜５０ＤＡ  第２の外周面
５１、５５ａ〜５５ｄ、５７ａ〜５７ｄ  磁石挿入孔
５２、５６ａ〜５６ｄ、５８ａ〜５８ｄ  永久磁石
５３  端板
５４  バランスウェイト
５５  カシメピン挿入孔
５６  カシメピン
５９ａ１〜５９ｄ１、５９ａ２〜５９ｄ２  通路孔
５９ａｂ〜５９ｄａ  カシメピン挿入孔
６０  回転軸
ａ〜ｄ  主磁極部
ａｂ〜ｄａ  補助磁極部
【図１】
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【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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