(57)【要約】【課題】永久磁石電動機において、トルクを低下させることなくトルク脈動を低減すること、ならびに機器に組み込まれたときの低振動・低騒音を実現することができる電動機を提供することを目的とする。【解決手段】磁石埋め込み型の永久磁石電動機において、回転子コア１２を積層した回転子鉄心１６の軸方向に貫通する永久磁石埋め込み用孔１３を有し、円周方向に永久磁石１４をＰ極数分だけ埋め込み、永久磁石１４の外周側磁極のｑ軸フラックス領域部にスリット１５による空気層領域を形成する。ｑ軸フラックス領域部の空気層によって、固定子１８に鎖交する有効磁束量を調整して、トルク脈動を低減する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、前記固定子内径に回転自在に回転する内転型電動機の回転子であって、前記回転子は永久磁石を収納する孔を有する複数の鋼板を積層した回転子鉄心と、前記回転子鉄心に収納された複数の前記永久磁石等により構成され、前記永久磁石外周側の各磁極のｑ軸フラックス領域部にスリットによる空気層領域を設けたことを特徴とする永久磁石電動機において、回転子コアの最外周から前記永久磁石までの法線方向の最大距離をＬｍ、スリットの径方向の長さをＬｓとすると、０．３Ｌｍ＜Ｌｓ＜０．７５Ｌｍとしたことを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
請求項１記載の永久磁石電動機において、固定子のスロット数をＳとすると、スリットの回転方向の中心位置は、永久磁石の磁極の中心線に対して３６０°／Ｓ以内の領域に存在することを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項３】
請求項１記載の永久磁石電動機において、回転子コアの最外周から永久磁石までの法線方向の最大距離をＬｍ、スリットの径方向の長さをＬｓとすると、０．３Ｌｍ＜Ｌｓ＜０．７５Ｌｍであって、固定子のスロット数をＳとすると前記スリットの回転方向の中心位置は、前記永久磁石の磁極の中心線に対して３６０°／Ｓ以内の領域に存在することを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石電動機において、スリットの断面形状を丸穴で構成したことを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石電動機において、スリットの断面形状を長穴で構成したことを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石電動機において、スリットの断面形状を多角形で構成したことを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動機を搭載したことを特徴とする機器。
【請求項８】
請求項７に記載の機器が移動することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を回転子に備えている永久磁石電動機、および前記電動機を搭載した圧縮機ならびに前記圧縮機を具備したエアコン、燃料電池またはアクチュエータ等、各種機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来の電動機の回転子構成を示す。従来の電動機の回転子１１は永久磁石１４の外周側の磁極鉄心を広くとり、磁束通路を大きくし磁束量が多く通過できるように設計している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、回転子の永久磁石外周側の磁極鉄心に、法線方向に複数の細長いスリットを形成した電動機もあった（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１２２８５２号公報
【特許文献２】
特開２００１−３７１８６号公報
【０００５】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の永久磁石の外周側の磁極鉄心を広くとり、磁束通路を大きくし磁束量が多く通過できるように設計している電動機においては、最大トルクを達成するために、永久磁石外周側の磁極のｑ軸フラックス領域を広くとる設計をしているため、トルク脈動率は約２１％程度となる。従って、電動機に組みあがった後、３０００ｒ／ｍｉｎ以上、１５０００ｒ／ｍｉｎ以下の高速で運転すると、６極の場合、機械的回転数の１８次成分や３６次成分の振動が大きくなり、その結果騒音も大きくなるという課題があった。
【０００６】
また、回転子の永久磁石外周側の磁極鉄心に、法線方向に複数の細長いスリットを形成した電動機においては、上記課題である騒音を抑制するために法線方向に複数の細長いスリットを形成しているが、永久磁石外周側のｑ軸を通過する磁束をさえぎるため、最大トルクが約１３％低下するという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、回転子鉄心の永久磁石外周側の各磁極にスリットによる空気層領域を設けることで、最大トルクを低下させることなく、トルク脈動を低減させ、機器に組み込まれたときの低振動・低騒音を実現することができる電動機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、回転子鉄心の永久磁石外周側の各磁極のｑ軸フラックス領域部にスリットによる空気層領域を設けるものである。
【０００９】
これにより、最大トルクを低下させることなく、トルク脈動を低減させ、機器に組み込まれたときの低振動・低騒音を実現することができる電動機を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、固定子と、前記固定子内径に回転自在に回転する内転型電動機の回転子であって、前記回転子は永久磁石を収納する孔を有する複数の鋼板を積層した回転子鉄心と、前記回転子鉄心に収納された複数の前記永久磁石等により構成され、前記永久磁石外周側の各磁極のｑ軸フラックス領域部にスリットによる空気層領域を設けた永久磁石電動機であり、回転子コアの最外周から前記永久磁石までの法線方向の最大距離をＬｍ、スリットの径方向の長さをＬｓとすると、０．３Ｌｍ＜Ｌｓ＜０．７５Ｌｍとしたことを特徴とする永久磁石電動機であり、前記回転子コアを金型で打ち抜く際に、高い精度で打ち抜くことができ、回転子の高速回転時に高い信頼性を確保しながら、トルク脈動を低減することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の永久磁石電動機において、固定子のスロット数をＳとすると、スリットの回転方向の中心位置は、永久磁石の磁極の中心線に対して３６０°／Ｓ以内の領域に存在することを特徴とする永久磁石電動機であり、最大トルクを低下させることなく、トルク脈動を低減することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の永久磁石電動機において、回転子コアの最外周から永久磁石までの法線方向の最大距離をＬｍ、スリットの径方向の長さをＬｓとすると、０．３Ｌｍ＜Ｌｓ＜０．７５Ｌｍであって、固定子のスロット数をＳとするとスリットの回転方向の中心位置は、前記永久磁石の磁極の中心線に対して３６０°／Ｓ以内の領域に存在することを特徴とする永久磁石電動機であり、前記回転子コアを金型で打ち抜く際に、高い精度で打ち抜くことができ、回転子の高速回転時に高い信頼性を確保しながら、最大トルクを低下させることなくトルク脈動を低減することがでる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石電動機であって、スリットの断面形状を丸穴で構成したことを特徴としており、金型の打ち抜きパンチを簡単につくりメンテナンスを容易にすることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石電動機であって、スリットの断面形状を長穴で構成したことを特徴としており、最大トルクの達成と低振動・低騒音化とのバランスを容易にとることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石電動機であって、スリットの断面形状を多角形で構成したことを特徴としており、最大トルクの達成と低振動・低騒音化とのバランスをとる場合の設計自由度を広げることができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石電動機を搭載したことを特徴とする機器であり、３０００ｒ／ｍｉｎ以上、１５０００ｒ／ｍｉｎ以下の高速で運転した場合に、低振動・低騒音のエアコンや燃料電池とすることができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の機器が移動することを特徴とする移動体であり、移動にともなう振動等により電動機に外力が作用しても、低振動・低騒音を実現することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の具体例について図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施例１）
内転型永久磁石電動機は固定子と、ギャップを介して固定子内径に回転自在に保持された回転子を主構成要素として構成されている。
【００２０】
図１は、本発明の一具体例を示す、永久磁石電動機の固定子と回転子構成を示している。
【００２１】
図１に示すように、永久磁石電動機の固定子１８は、ヨーク２０と、ティース２１と、隣接するティース間に形成されたスロット１９からなり、複数の高透磁率薄鉄板をプレスで打ち抜き積層した固定子鉄心２２により構成され、スロット１９には、この場合一スロットあたり、一コイル（図示せず）で各相のコイルが挿入される。
【００２２】
一方、永久磁石電動機の回転子１１は、永久磁石１４を収納する孔１３を有する複数の高透磁率薄鉄板からなる回転子コア１２をプレスで打ち抜き積層した回転子鉄心１６と、回転子鉄心１６に収納保持された複数の永久磁石１４と、軸方向に配備された端板（図示せず）と、回転子鉄心１６と端板とを締結するためのカシメピン１７等により構成されている。
【００２３】
図示例では、回転子の極対数Ｐは６であり、固定子のスロット数Ｓは１８であるが、その他の組み合わせについても適用できる。
【００２４】
回転子は回転子鉄心の永久磁石埋め込み用孔に６個の永久磁石が配設され、ギャップを介して、固定子の内径に回転自在に保持される。一般に、極数と回転子外径が決まれば最大トルクを達成するために、永久磁石の幅を広くし、永久磁石の外周側磁極のｑ軸フラックス領域を広くとる設計をする。この場合の、トルク脈動率は約２１％程度となる。本実施例は、各々の永久磁石の外周側磁極のｑ軸フラックス領域部にスリットによる空気層領域を設けることで、トルク脈動を約３０％低減することができる。
【００２５】
回転子コアの最外周から永久磁石までの法線方向の最大距離をＬｍ、スリットの径方向の長さをＬｓとすると、０．３Ｌｍ＜Ｌｓ＜０．７５Ｌｍとしたことを特徴とする永久磁石電動機であり、Ｌｓが０．３以下になるとｑ軸を流れてコイルに鎖交する磁束量が変わらないので、トルク脈動も小さくならない。また、Ｌｓが０．７５を超えると永久磁石とスリット、回転子外周とスリット間の距離が小さくなり金型でプレスする際に精度よく打ち抜けなかったり、電動機が高速回転される際にコアに亀裂が入ったりする。最大トルクと低トルク脈動を実現するためにＬｓは０．４〜０．５が望ましい。そうすることで、回転子コアを金型で打ち抜く際に、高い精度で打ち抜くことができ、回転子の高速回転時に高い信頼性を確保しながら、トルク脈動を低減することがでる。
【００２６】
固定子のスロット数をＳとすると、スリットの回転方向の中心位置は、永久磁石の磁極の中心線に対して３６０°／Ｓ以内の領域に存在することを特徴としている。この範囲を超えると、ｑ軸フラックス領域を流れてティースに流れ込む有効磁束量が変わらなくなるため、トルク脈動も変わらなくなる。本実施例では、スリットの回転方向の中心位置を磁極の中心線に一致させている。そうすることで最大トルクを低下させることなく、トルク脈動を低減することができる。
【００２７】
図２は本実施例の永久磁石電動機でトルク解析を実施した結果であり、永久磁石の外周部のスリット有無による比較結果を示している。図２（ａ）はトルク解析の比較結果であり、図２（ｂ）はトルク脈動率の比較結果である。
【００２８】
図から明らかなように、回転子コアの最外周から永久磁石までの法線方向の最大距離をＬｍ、スリットの径方向の長さをＬｓとすると、０．３Ｌｍ＜Ｌｓ＜０．７５Ｌｍであって、固定子のスロット数をＳとするとスリットの回転方向の中心位置は、永久磁石の磁極の中心線に対して３６０°／Ｓ以内の領域に存在させることにより、平均トルクをほとんど低下させることなくトルク脈動を約３０％低減することができる。
【００２９】
本実施例では、スリットの断面形状を丸穴に設定しており、金型の打ち抜きパンチを簡単につくりメンテナンスを容易にすることができる。
【００３０】
（実施例２、３）
次に、本発明の永久磁石電動機の実施例２について図３を参照して説明する。なお、上記実施例１と同一の構成要素については説明を省略し、相違点のみを説明する。実施例１では、スリットの断面形状を丸穴としたが、図３（ａ）に実施例２を、図３（ｂ）に実施例３を示す。図３（ａ）に示すようにスリットの断面形状を長穴で構成することで同様の効果を得ることができる。また、最大トルクの達成と低振動・低騒音化とのバランスを容易にとることができる。図３（ｂ）に示すようにスリットの断面形状を多角形で構成することにより、最大トルクの達成と低振動・低騒音化とのバランスをとる場合の設計自由度を広げることができる。
【００３１】
上記発明の回転子を具備する永久磁石電動機は、３０００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転駆動状態、あるいは移動体に搭載され走行する場合（走行により振動発生）においても、低振動・低騒音を実現することができる。
【００３２】
このような状況下で使用される機器としては、自動車搭載用の電動圧縮機、前記圧縮機を具備したエアコン、もしくは前記エアコン用の送風ファン、またはラジエター冷却用のファン、ならびに電気自動車等に使用される燃料電池（電動機は水素および酸素の供給用に使用）等があり、移動体としては自動車、電気自転車、電気掃除機（人と共に移動しながら使用）等がある。
【００３３】
なお、当該移動体の中にはバッテリーで駆動されるものも多く、このような場合、電動機の効率が高いため、バッテリーの電力消費を低減することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、最大トルクを低下させることなく、トルク脈動を低減することができる。回転子コアを金型で打ち抜く際に、高い精度で打ち抜くことができ、回転子の高速回転時に高い信頼性を確保することができる。また最大トルクの達成と低振動・低騒音化とのバランスを容易にとることができ、設計の自由度を広げることができる。
【００３５】
さらに、３０００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転駆動をしたとしても、低振動、低騒音の電動機を得ることができる。
【００３６】
さらに、機器または移動体に上記電動機を搭載することで、低振動、低騒音の移動体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動機の固定子、回転子を示す断面図
【図２】本発明の電動機でのトルク解析による比較結果を示す図
【図３】本発明の回転子の第２、第３の実施例を示す図
【図４】従来の電動機の回転子構成を示す断面図
【符号の説明】
１１  回転子
１２  回転子コア
１３  永久磁石埋め込み用孔
１４  永久磁石
１５  スリット
１６  回転子鉄心
１７  カシメピン
１８  固定子
１９  スロット
２０  ヨーク
２１  ティース
２２  固定子鉄心
２３  固定子コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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