(57)【要約】【課題】永久磁石回転機の効率を向上させるとともに、コギングトルクを低減する。【解決手段】回転子５０の主磁極部５０Ａに設けられている磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４には、永久磁石５２ａ１、５２ａ２が挿入されている。回転子５０の外周面は、ｄ軸と交差する第１の外周面５０ａと、ｑ軸と交差し、第１の外周面５０ａの曲率半径より大きい曲率半径を有する第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂにより構成されている。第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂには、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４の回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ５と対向する箇所に、切欠部５０ａ１、５０ａ２が形成されている。第１の外周面５０ａの開角（機械角）をθ、回転子５０の極対数をＰ、切欠部５０ａ１、５０ａ２の開角（機械角）をＡとした時、［（７４／Ｐ）≦θ≦（８６／Ｐ）］、［（１６／Ｐ）≦Ａ≦（４８／Ｐ）］を満足するように構成されている。【選択図】図３
2007159197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、回転子を備え、前記固定子には、前記回転子の外周面と対向するティース先端面を有するティースが設けられており、前記回転子には、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おり、前記主磁極部には、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回転機であって、
前記回転子を軸方向に直角な断面で見た時、前記回転子の外周面は、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の曲線形状の外周面を有し、前記第２の曲線形状の外周面の曲率半径は、前記第１の曲線形状の外周面の曲率半径より大きく設定されており、前記第２の曲線形状の外周面には、前記磁石挿入孔の回転子外周側端壁と対向する位置に切欠部が形成されており、
前記第１の曲線形状の外周面の開角（機械角）をθ、前記回転子の極対数をＰ、前記切欠部の開角（機械角）をＡとした時、
（７４／Ｐ）≦θ≦（８６／Ｐ）
（１６／Ｐ）≦Ａ≦（４８／Ｐ）
を満足するように構成されている、
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、
前記回転子の外周面と前記ティース先端面との間の距離の最小値をｇ、前記回転子の最外周面と前記補助磁極部の外周面との間の距離の最大値をＤとした時、
（０．５）≦（Ｄ／ｇ）≦（１．６）
を満足するように構成されている、
ことを特徴とする永久磁石回転機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の永久磁石回転機であって、
前記回転子の外周面と前記ティース先端面との間の距離の最小値をｇ、前記回転子の最外周面と前記補助磁極部の外周面との間の距離の最大値をＤ、前記切欠部の深さの最小値をｈとした時、
（０．０８）×（ｇ＋Ｄ）≦ｈ≦（０．６）×（ｇ＋Ｄ）
を満足するように構成されている、
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機であって、
磁石挿入孔は、主磁極部の中央部にブリッジ部が形成されるように設けられている、
ことを特徴とする永久磁石回転機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の永久磁石回転機であって、
前記第１の曲線形状は、主磁極部のｄ軸上に曲率中心を有する円弧形状であり、前記第２の曲線形状は、補助磁極部のｑ軸上に曲率中心を有する円弧形状である、
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を、圧縮機を駆動する電動機として用いた圧縮装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかの永久磁石回転機を、車両に搭載される電動機として用いた自動車。
【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、回転子に設けられている磁石挿入孔に永久磁石が挿入された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、車両を駆動する電動機や車両に搭載されている車載機器を駆動する電動機として、磁石挿入孔に永久磁石が挿入された回転子を有する永久磁石電動機が用いられている。このような永久磁石電動機は、通常、“永久磁石埋込型電動機（ＩＰＭモータ）”と呼ばれている。
永久磁石埋込型電動機では、固定子には、固定子巻線を収容するスロットを形成するティースが設けられている。回転子は、回転子外周面とティース先端面との間に間隙を持たせて、回転可能に配設されている。また、回転子には、主磁極部と補助磁極部が設けられている。主磁極部には、永久磁石を挿入する磁石挿入孔が設けられている。これにより、永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、補助磁極部の突極性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。
【０００３】
従来の永久磁石埋込型電動機の回転子の外周面は、回転子の軸方向に直角な断面で見て、円形形状に形成されている。このような回転子を用いた永久磁石埋込型電動機では、主磁極部と補助磁極部の境界部が、ティースが配置されている位置を通過する時に、ティースを流れる磁束が急激に変化することがある。ティースを流れる磁束の急激に変化することによって、音や振動が発生する。
ティースを流れる磁束が急激に変化するのを防止するために、図１６〜図１９に示されている回転子を有する永久磁石埋込型電動機が提案されている。なお、図１６及び図１７は、固定子のスロットに固定子巻線を分布巻方式で収容する形式の永久磁石埋込型電動機を示し、図１７及び図１８は、固定子のスロットに固定子巻線を集中巻方式で収容する形式の永久磁石埋込型電動機を示している。
図１６に示す永久磁石埋込型電動機は、ティースＴ１〜Ｔｎが設けられている固定子５４０と、回転子５５０を有している。回転子５５０の各主磁極部には、永久磁石５５２ａ〜５５２ｄが挿入される磁石挿入孔５５１ａ〜５５１ｄが設けられている。回転子５５０の外周面は、回転子５５０の軸方向に直角な断面で見て、円弧形状の外周面５５０ａ〜５５０ｄを有している。外周面５５０ａ〜５５０ｄは、回転子５５０の中心Ｏと主磁極部の周方向中央部とを結ぶ線（「ｄ軸」という）上であって、中心Ｏより磁石挿入孔５５１ａ〜５５１ｄ側にずれた位置Ｋを中心とする、半径Ｒ１の円弧形状に形成されている。
なお、図１８に示す永久磁石埋込型電動機は、図１６に示す回転子５５０と同様の構成の回転子７５０と、図１６に示すティースの幅より大きい幅を有するティースが設けられている固定子７４０を有している。（特許文献１参照）
【０００４】
図１７に示す永久磁石埋込型電動機は、ティースＴ１〜Ｔｎが設けられている固定子６４０と、回転子６５０を有している。回転子６５０の各主磁極部には、永久磁石６５２ａ１、６５２ａ２〜６５２ｄ１、６５２ｄ２を挿入する磁石挿入孔６５１ａ１、６５１ａ２〜６５１ｄ１、６５１ｄ２が設けられている。回転子６５０の外周面は、回転子６５０の軸方向に直角な断面で見て、外周面６５０ａ〜６５０ｄと外周面６５０ａｂ〜６５０ｄａにより構成されている。外周面６５０ａ〜６５０ｄは、主磁極部のｄ軸と交差し、回転子６５０の中心Ｏを中心とする、半径Ｒの円弧形状に形成されている。外周面６５０ａｂ〜６５０ｄａは、回転子５５０の中心Ｏと補助磁極部の周方向中央部とを結ぶ線（「ｑ軸」という）に交差し、円弧形状の外周面６５０ａ〜６５０ｄからＶ字形状に切り欠かれた形状を有している。
なお、図１９に示す永久磁石埋込型電動機は、図１７に示す回転子６５０と同様の構成の回転子８５０と、図１７に示すティースの幅より大きい幅を有するティースが設けられている固定子８４０を有している。（特許文献２参照）
図１６〜図１９に示す永久磁石埋込型電動機では、インバータ等の電源装置から固定子巻線に電力を供給することによって回転子が回転する。
【０００５】
図１６に示す回転子５５０では、主磁極部のｄ軸付近から離れると、回転子５５０の中心Ｏから回転子５５０の外周面までの距離が短くなる。すなわち、ｄ軸付近から離れると、回転子５５０の外周面と、固定子５４０の各ティースＴ１〜Ｔｎのティース先端面との間の距離（“間隙”）が大きくなる。このため、回転子５５０の外周面と各ティースのティース先端面との間の間隙が短いｄ軸付近（図１６では、ティースＴ１と対向する箇所）に磁束が集中し（磁束Ｘ１）、磁気飽和し易い。ｄ軸付近が磁気飽和すると、ティースＴ２、Ｔｎを介して磁束が流れるようになる。ここで、回転子５５０の外周面とティースＴ２、Ｔｎのティース先端面との間の間隙は、回転子５５０のｄ軸付近の外周面とティースＴ１のティース先端面との間の間隙より長いため、ティースＴ２、Ｔｎを介して流れる磁束が減少する。
図１８に示す回転子７５０においても、同様に、回転子７５０の外周面と各ティースのティース先端面との間の間隙が短いｄ軸付近に磁束が集中し、磁気飽和し易い。ｄ軸付近が磁気飽和すると、ティースＴ１のティース先端面の周方向端部を介して磁束が流れるようになる。この場合、回転子７５０の外周面とティースＴ１のティース先端面との間の距離が長い間隙を介して磁束が流れるため、ティースＴ１を流れる磁束が減少する。
磁束が減少すると、固定子巻線の誘起電圧が低下する。固定子巻線の誘起電圧を増大させるためには、固定子巻線の巻数を増加させる必要がある。しかしながら、固定子巻線の巻数を増加させると、固定子巻線の銅損が増大するため、電動機の効率が低下する。
【０００６】
図１７に示す回転子６５０では、外周面６５０ａ〜６５０ｄが、回転子６５０の中心Ｏを中心とする半径Ｒの円弧形状に形成されている。このため、図１６に示す回転子５５０のように、ｄ軸付近に磁束が集中することはない。しかしながら、円弧形状に形成されている外周面６５０ａ〜６５０ｄと、Ｖ字状に切り欠かれている外周面６５０ａｂ〜６５０ｄａとの境界付近の箇所における磁束量の変化が大きくなる。このため、誘起電圧の波形に含まれる高調波成分が多くなる。
図１９に示す回転子８５０においても、同様に、円弧形状に形成されている外周面８５０ａ〜８５０ｄと、Ｖ字状に切り欠かれている外周面８５０ａｂ〜８５０ｄａとの境界付近の箇所における磁束量の変化が大きくなる。このため、誘起電圧の波形に含まれる高調波成分が多くなる。
近年、永久磁石埋込型電動機の制御方式として、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用いられている。このセンサレス制御方式では、例えば、誘起電圧の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算出している。このようなセンサレス制御方式を用いている場合には、誘起電圧の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算出精度が低下する。この場合、最適な制御を行うことができなくなり、永久磁石埋込方電動機の効率が低下する。
【０００７】
なお、集中巻方式では、分布巻方式に比べて、固定子巻線をスロット内に効率よく収容することができる。また、スロットからの固定子巻線のはみ出し量を少なくすることができる。スロットからの固定子巻線のはみ出し量が少ないと、固定子巻線の銅損が少なくなる。また、集中巻方式では、ティース端部（ティース本体部から周方向両側に突出している端部）の周方向に沿った長さが、分布巻方式に比べて長くなる。このため、分布巻方式に比べて、ティース端部が磁気飽和し易い。
分布巻方式では、集中巻方式に比べて、スロットからの固定子巻線のはみ出し量が多い。このため、分布巻方式に比べて固定子巻線の銅損が多い。また、集中巻方式に比べて、回転子の１極に対向する、固定子のティースの数が多い。このため、固定子のティースから回転子あるいは回転子から固定子のティースに流れる磁束が分散され、ティース端部への磁束の集中が減少する。したがって、分布巻方式では、集中巻方式に比べて、ティース端部での磁束の疎密差が小さくなり、音、振動が低い（例えば、１０ｄＢ程度低い）。また、分布巻方式では、固定子のティース端部での磁束の集中が減少するため、永久磁石の局部的な減磁を考慮する必要がなくなる。これにより、磁化方向の磁石の厚みを薄くすることができ、永久磁石の使用量を低減することができる。
いずれの方式を採用するかは、永久磁石埋込型電動機が組み付けられる装置に要求される特性等に応じて選択される。
【０００８】
分布巻方式あるいは集中巻方式のいずれを用いる場合でも、前述した永久磁石埋込型電動機では、回転子の特定箇所に磁束が集中しあるいは特定箇所の磁束量の変化が大きくなり、効率が低下する。
そこで、本出願人は、効率を向上させることができる永久磁石回転機を開発し、出願した、この永久磁石回転機では、回転子の外周面が、ｄ軸と交差する第１の曲線形状の外周面と、ｑ軸と交差し、第１の曲線形状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構成されている。
【特許文献１】特開平７−２２２３８４号公報
【特許文献２】特開２００２−７８２５５号公報
【特許文献３】特開２００４−２６０９７２号公報
【特許文献４】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】
【０００９】
近年、圧縮機等を駆動する永久磁石回転機に対する効率の向上だけでなく、音や振動の抑制に対する要望も高まっている。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、効率を向上させることができるとともに、音や振動の発生要因の一つであるコギングトルクを低減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】
【００１０】
前記課題を解決するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの永久磁石回転機である。
本発明の永久磁石回転機は、典型的には、回転子の磁石挿入孔に永久磁石が挿入される永久磁石埋込型電動機として構成される。本発明は、固定子と、回転子を備えている。固定子には、回転子の外周面と対向するティース先端面を有するティースが設けられている。ティースによってスロットが形成され、スロット内に固定子巻線が収容される。固定子巻線は、例えば、分布巻方式や集中巻方式によってスロット内に収容される。回転子には、回転子の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、回転子の軸方向に設けられている。永久磁石は、周方向に交互に異なる極性の主磁極部が配置されるように、主磁極部毎に異なる極性に着磁される。
回転子を軸方向に直角な断面で見た時、回転子の外周面は、回転子の中心と主磁極部の周方向中心を結ぶ線（“ｄ軸”）と交差する第１の曲線形状の外周面と、回転子の中心と補助磁極部の周方向中心を結ぶ線（“ｑ軸”）と交差する第２の曲線形状の外周面を有している。第１及び第２の曲線形状は、外周方向に突状に形成されている曲線形状であり、第２の曲線形状の曲率半径Ｒ２は、第１の曲線形状の曲率半径Ｒ１より大きく設定されている（Ｒ２＞Ｒ１）。第１の曲線形状及び第２の曲線形状は、突状に形成されている曲線形状であればよいが、典型的には、円弧形状が用いられる。
磁石挿入孔は、回転子外周側端壁が第２の曲線形状の外周面に対向するように設けられる。磁石挿入孔の形状や数は、種々変更可能である。そして、第２の曲線形状の外周面には、磁石挿入孔の回転子外周側端壁と対向する位置に切欠部が形成されている。切欠部の幅は、磁石挿入孔の回転子外周側端壁の幅より大きく設定される。切欠部は、種々の形状に形成することができる。例えば、第２の外周面あるいは第１の外周面に略平行な底面を有する溝形状に形成することができる。
本発明では、第１の曲線形状の外周面の幅をθ（開角；機械角）、回転子の極対数をＰ、切欠部の幅をＡ（開角；機械角）とした時、
（７４／Ｐ）≦θ≦（８６／Ｐ）
（１６／Ｐ）≦Ａ≦（４８／Ｐ）
を満足するように構成されている。
なお、第１の曲線形状の外周面の幅θや切欠部の幅Ａの長さ（例えば、回転子の周方向に沿った長さ）は、開角（機械角）と第１及び第２の曲線形状の曲率半径によって、一義的に定まる。したがって、第１の曲線形状の外周面の幅θや切欠部の幅Ａを長さで表す態様は、第１の曲線形状の外周面の幅θや切欠部の幅Ａを開角（機械角）で表す態様に包含される。
これにより、永久磁石回転機の効率を向上させることができるとともに、コギングトルクを低減することができる。すなわち、第１の曲線形状の外周面と第２の曲線形状の外周面を設けることにより、固定子のティースに流れる磁束の急激な変化を防止することができる。これにより、誘起電圧の波形に含まれる高調波成分を低減することができ、高調波成分に起因する効率の低下を防止することができる。また、回転子とティース端部との間の長い間隙がなくなるため、磁束の減少を防止することができる。これにより、固定子巻線の誘起電圧を維持するための固定子巻線の巻数の増加が不要となる。したがって、固定子巻線の銅損の増加を防止することができ、効率の低下を防止することができる。さらに、第２の曲線形状の外周面には、磁石挿入孔の回転子外周側端壁に対応する箇所に切欠部が形成されているため、永久磁石の磁束が、固定子のティースを介して短絡されるのを防止することができる。これにより、磁束の短絡によって発生するコギングトルクを低減することができる。
【００１１】
本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの永久磁石回転機である。
本発明では、回転子の外周面とティース先端面との間の距離（間隙）の最小値をｇ、回転子の最外周面と、補助磁極部の外周面との間の距離の最大値をＤとした時、
（０．５）≦（Ｄ／ｇ）≦（１．６）
を満足するように構成されている。
回転子の最外周面は、回転子の中心から外周面までの距離の最大値を半径とする仮想外周面を意味する。例えば、第１の曲線形状が、回転子の中心を中心とする円弧形状である場合には、第１の曲線形状に対応する仮想外周面が回転子の最外周面である。
このように構成することにより、コギングトルクをより低減することができる。
【００１２】
本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの永久磁石回転機である。
本発明では、回転子の外周面とティース先端面との間の距離の最小値をｇ、回転子の最外周面と、補助磁極部の外周面との間の距離の最大値をＤ、切欠部の深さの最小値をｈとした時、
（０．０８）×（ｇ＋Ｄ）≦ｈ≦（０．６）×（ｇ＋Ｄ）
を満足するように構成されている。
切欠部の深さは、第２の曲線形状の外周面に対応する仮想外周面と切欠部の底面との間の距離を意味する。
このように構成することにより、コギングトルクをより低減することができる。
【００１３】
本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの永久磁石回転機である。
本発明では、磁石挿入孔は、主磁極部の中央にブリッジ部が形成されるように設けられている。
主磁極部の中央にブリッジ部が設けられるように磁石挿入孔を配設することにより、遠心力に対する回転子強度が増大し、音や振動等の発生を防止することができる。
【００１４】
本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの永久磁石回転機である。
本発明では、第１の曲線形状は、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、第２の曲線形状は、補助磁極部のｑ軸上に曲率中心を有する円弧形状に形成されている。
第1の曲線形状は、回転子の中心を曲率中心とするのが好ましい。
第２の曲線形状の曲率中心は、ｑ軸上の、回転子の中心より、第２の曲線形状の外周面と反対方向にずれている。
これにより、効率の向上及びコギングトルクの低減に有効な第１の曲線形状の外周面と第２の曲線形状の外周面を簡単に形成することができる。
【００１５】
本発明の第６発明及び第７発明は、請求項６及び請求項７に記載されたとおりの圧縮装置及び自動車である。
圧縮機としては、冷蔵庫やエアコン等に用いられている種々の圧縮機が対応する。
車両には、自動車等が含まれる。車両に搭載される電動機としては、例えば、自動車等の車両を駆動する駆動用電動機、自動車等の車両に搭載されている機器（パワーウィンド、ワイパー、電動シート等）を駆動する電動機が対応する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜５に記載の永久磁石回転機を用いれば、効率を向上させることができるとともに、コギングトルクを低減することができる。
また、請求項６に記載の圧縮装置や請求項７に記載の自動車を用いれば、効率がよく、コギングトルクが小さい圧縮装置や自動車を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明の第１の実施の形態の永久磁石埋込型電動機２０（以下、単に「永久磁石電動機３０という）、を用いた圧縮機を図１、図２に示す。なお、図１は圧縮機１０の縦断面図である。また、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。
圧縮機１０は、圧縮機構部２０、永久磁石電動機３０、アキュムレータ７０用により構成されている。圧縮機構部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。
【００１８】
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が回転することによって、吸入管７１から吸入され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に形成された溝や孔、回転子５０に形成された孔、固定子４０と回転子５０との間の空隙（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。各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。
【００１９】
永久磁石電動機３０は、固定子４０と回転子５０を有している。
本実施の形態の固定子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は、例えば、図３に示すように、内周側にティースＴ１〜Ｔｎが形成されている。また、固定子４０には、冷却媒体を流す通路を形成するための溝や孔が形成される。固定子４０の外周形状は、適宜決定される。
固定子４０のティースＴ１〜Ｔｎによって、スロットＳ１〜Ｓｎが形成されている。そして、スロットＳ１〜Ｓｎ内には、固定子巻線４１（図１参照）が配設されている。固定子巻線４１は、例えば、分布巻方式や集中巻方式によって、スロットＳ１〜Ｓｎ内に配設される。
なお、ティースＴ１の回転子５０の外周面と対向する箇所には、ティース本体部から回転子５０の回転方向の両側に延びるティース端部Ｔ１ｂ及びＴ１ｃ（図４参照）が設けられている。これにより、ティースＴ１には、回転子５０と対向する箇所に、ティース端部Ｔ１ｂとＴ１ｃの間に延びるティース先端面Ｔ１ａが形成されている。他のティースも同様である。
前述したように、固定子巻線４１をスロットＳ１〜Ｓｎ内に配設する方式として分布巻方式が用いられるか集中巻方式が用いられるかによって、ティースＴ１〜Ｔｎの形状が異なる。図３及び図４には、スロットＳ１〜Ｓｎに固定子巻線４１が分布巻方式によって配設されるティースが示されている。
【００２０】
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Ｔ１〜Ｔｎのティース先端面との間の距離（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。
回転軸挿入孔５９には、回転軸６０が挿入される。回転軸６０は、例えば、圧入方法や焼きばめ方法を用いて、回転軸挿入孔５９に挿入される。
磁石挿入孔５１には、永久磁石５２が挿入される。永久磁石５２は、例えば、隙間ばめ方法を用いて磁石挿入孔５１に挿入される。
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が一体に固定される。なお、５４は、バランスウェイトである。
【００２１】
［第１の実施の形態］
次に、第１の実施の形態の永久磁石電動機３０の構成を図３および図４を用いて詳しく説明する。なお、以下の各実施の形態では、磁極数が４（極対数が２）である回転子が用いられている。図３は、永久磁石電動機３０を、軸方向に直角な方向から見た断面図（横断面図）であり、図４は、図３の要部の拡大図である。
また、回転子は、軸方向に直角な断面（横断面図）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、磁石挿入孔が設けられている。以下では、各主磁極部を主磁極部Ａ〜主磁極部Ｄで表し、各補助磁極部を補助磁極部ＡＢ〜補助磁極ＤＡで表す。そして、各主磁極部Ａ〜Ｄに設けられている要素の符号には、記号ａ〜ｄを付し、各補助磁極部ＡＢ〜ＤＡに設けられている要素の符号には、記号ａｂ〜ｄａを付している。また、各主磁極部Ａ〜Ｄ及び各補助磁極部ＡＢ〜ＤＡの構成は同じであるため、以下では、主磁極部Ａと補助磁極部ＤＡ、ＡＢの構成について説明する。
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、磁石挿入孔に挿入される永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、補助磁極部ＡＢ〜ＤＡの突極性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。補助磁極部ＡＢ〜ＤＡの磁束通路幅を調整することによって、リラクタンストルクを調整することができる。
また、回転子の中心Ｏと主磁極部の周方向中心とを結ぶ線を「ｄ軸」と表現し、回転子の中心Ｏと補助磁極部の周方向中心とを結ぶ線を「ｑ軸」と表現する。
【００２２】
本実施の形態の回転子５０の主磁極部Ａには、磁石挿入孔５１ａ１と５１ａ４が、回転子５０の中心Ｏから見て、Ｖ字形状に形成されている。磁石挿入孔５１ａ１と５１ａ４の間（主磁極部Ａの中央部）には、ブリッジ部５１ａ７が設けられている。また、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４の回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ５と、回転子外周面（後述する、切欠部５０ａ１、５０ａ２の底面）との間には、ブリッジ部５１ａ８、５１ａ９が設けられている。
ブリッジ部５１ａ７〜５１ａ９を設けることにより、遠心力に対する回転子強度を増加させることができ、音や振動の発生を防止することができる。特に、主磁極部Ａの中央部に設けたブリッジ部５１ａ７による効果が大きい。
磁石挿入孔５１ａ１と５１ａ４には、永久磁石が挿入される。本実施の形態では、製造の容易性の観点から、軸方向に直角な断面形状が長方形形状を有する（平板形状）永久磁石５２ａ１と５２ａ２が、磁石挿入孔５１ａ１と５１ａ４に挿入されている。
ここで、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４には、回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ５の付近に、内側に突出する突部５１ａ３、５１ａ６が形成されている。この突部５１ａ３、５１ａ６によって、永久磁石５２ａ１、５２ａ２は、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４内での移動が規制されている。これにより、永久磁石５２ａ１、５２ａ２と、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４の回転子外周側端部５１ａ２、５１ａ５との間に空隙が形成される。永久磁石５２ａ１、５２ａ２の回転子外周側に空隙部を設けることによって、永久磁石５２ａ１、５２ａ２から磁束が漏れるのを防止することができる。空隙部には、樹脂等の非磁性体を充填してもよい。
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。
他の主磁極部５０Ｂ〜５０Ｃにも、同様に、磁石挿入孔５１ｂ１、５１ｂ４〜５１ｄ１、５１ｄ４が、Ｖ字形状に形成されている。そして、磁石挿入孔５１ｂ１、５１ｂ４〜５１ｄ１、５１ｄ４に、それぞれ永久磁石５２ｂ１、５２ｂ２〜５２ｄ１、５２ｄ２が挿入されている。また、磁石挿入孔５１ｂ１、５１ｂ４〜５１ｄ１、５１ｄ４には、磁束の漏れを防止する空隙を形成するための突部５１ｂ３、５１ｂ６〜５１ｄ３、５１ｄ６が形成されている。さらに、ブリッジ部５１ｂ７、５１ｂ８、５１ｂ９〜５１ｄ７、５１ｄ８、５１ｄ９が設けられている。
【００２３】
なお、主磁極部５０Ａ〜５０Ｄの磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４〜５１ｄ１、５１ｄ４に挿入される永久磁石５２ａ１、５２ａ２〜５２ｄ１、５２ｄ２は、隣接する主磁極部同士が異極となるように磁化される。すなわち、周方向にＳ極とＮ極が交互に配置されるように磁化される。
例えば、回転子５０の回転軸挿入孔５９に回転軸６０を挿入する。その後、回転子５０と対向配置された固定子４０の固定子巻線４１に着磁用電流を流すことにより、永久磁石を磁化する。
【００２４】
回転子５０の外周面は、回転子５０の軸方向に直角な断面で見て、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は、回転子５０の中心Ｏと主磁極部５０Ａの周方向中心とを結ぶ線（ｄ軸）と交差し、外周方向に突状に形成されている第１の曲線形状を有している。また、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂは、回転子５０の中心Ｏと補助磁極部５０ＤＡ、５０ＡＢの周方向中心とを結ぶ線（ｑ軸）と交差し、外周方向に突状に形成されている第２の曲線形状を有している（図４参照）。第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂの曲線形状の曲率半径は、第１の外周面５０ａの曲率半径より大きく設定されている。第１の外周面５０ａと第２の外周面面５０ｄａ、５０ａｂは、接続点Ａ１、Ａ２で接続されている。
ここで、第１の外周面５０ａの曲線形状及び第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂの曲線形状は、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４の回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ５の外周側に、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂが配置されるように設定される。すなわち、第１の外周面５０ａと第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂの接続点Ａ１、Ａ２は、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４の回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ４に対向する外周面の位置よりｄ軸側に配置される。
本実施の形態では、第１の外周面５０ａは、回転子５０の中心Ｏを中心とする半径Ｒ１の円弧形状に形成されている。また、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂは、ｑ軸上で、回転子５０の中心Ｏより第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂと反対方向（第２の外周面から離れる方向）にずれた位置Ｐを中心とする、半径Ｒ２（Ｒ２＞Ｒ１）の円弧形状に形成されている。他の第１の外周面５０ｂ〜５０ｄ、第２の外周面５０ｂｃ、５０ｃｄも、同様に形成されている。
なお、第１の外周面５０ａ〜５０ｄや第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａの曲線形状は、円弧形状や楕円形状等の凸面形状であればよい。また、第１の外周面５０ａ〜５０ｄの曲率中心や第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａの曲率中心の位置は、適宜変更可能である。例えば、第１の外周面５０ａ〜５０ｄの曲率中心を、ｄ軸上で、回転子５０の中心Ｏより第１の外周面５０ａ〜５０ｄの方向（第１の外周面に近づく方向）にずれた位置に設定してもよい。
本実施の形態では、第１の外周面５０ａ〜５０ｄが本発明の「第１の曲線形状の外周面」に対応し、第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａが本発明の「第２の曲線形状の外周面」に対応する。
【００２５】
本実施の形態では、回転子５０の外周面を、ｄ軸と交差する、第１の曲線形状を有する外周面５０ａ〜５０ｄと、ｑ軸と交差し、第１の曲線形状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５０ａｂ〜５０ｄａを交互に接続して構成している。これにより、固定子４０のティースに流れる磁束の急激な変化を防止することができ、誘起電圧の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、高調波成分に起因する効率の低下を防止することができる。また、回転子５０とティース端部との間の長い間隙がなくなるため、磁束の減少を防止することができる。これにより、固定子巻線の誘起電圧を維持するための固定子巻線の巻数の増加が不要となる。したがって、固定子巻線の銅損の増加を防止することができ、効率の低下を防止することができる。
また、第１の外周面５０ａ〜５０ｄと第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａの接続部における磁束量の変化が小さいため、固定子巻線の誘起電圧の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、センサレス制御方式を用いている場合でも、精度よく回転子の位置を検出することができ、最適な制御を行うことができる。したがって、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、ｑ軸と交差する第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａが、外周方向に突状に形成されている曲線形状に形成されているため、第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａとティース先端面Ｔ１ａ〜Ｔｎａとの間の距離（間隙）の最大値（例えば、ｑ軸に沿った距離）を従来例に比べて短くすることができる。これにより、リラクタンストルクも有効に利用することができる。
【００２６】
ところで、永久磁石５２ａ１、５２ａ２と、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４の回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ５との間に空隙が形成されているが、永久磁石５２ａ１、５２ａ２から発生する磁束が、固定子４０に設けられているティースＴ１〜Ｔｎを介して短絡されることがある。この場合、永久磁石５２ａ１、５２ａ２から発生する磁束は、ティースの本体部に対応するティース先端面や、ティース端部Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃに対応するティース先端面を介して短絡される。ここで、ティース端部Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃでは磁束が飽和し易い。このため、短絡磁束の変動によって、コギングトルクが発生することがある。コギングトルクは、音や振動を発生させるため、低減する必要がある。
そこで、本実施の形態では、回転子５０の外周面を、第１の外周面５０ａ〜５０ｄと第２の外周面５ａｂ〜５０ｄａにより構成するとともに、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４〜５１ｄ１、５１ｄ４に挿入されている永久磁石５２ａ１、５２ａ２〜５２ｄ１、５２ｄ２から発生する磁束が、固定子４０に設けられているティースＴ１〜Ｔｎを介して短絡されることにより発生するコギングトルクを低減するための切欠部を設けている。
すなわち、図３及び図４に示すように、第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａには、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４〜５１ｄ１、５１ｄ４の回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ５〜５１ｄ２、５１ｄ５と対向する箇所に、切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２が形成されている。切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２の幅（周方向に沿った長さ）は、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４〜５１ｄ１、５１ｄ４の回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ５〜５１ｄ２、５１ｄ５の幅（周方向に沿った長さ）より大きく設定されている。これにより、ティースＴ１〜Ｔｎを介して流れる短絡磁束の量を低減することができ、短絡磁束の変動に起因するコギングトルクを低減することができる。
【００２７】
以下に、効率を向上させるとともにコギングトルクを低減するための、回転子５０の各部の値をについて説明する。
切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２は、種々の形状に形成することができる。例えば、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂと略平行な底面を有する溝状、あるいは、第１の外周面５０ａに略平行な底面を有する溝状に形成することができる。本実施の形態では、切欠部５０ａ１、５０ａ２は、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂと略平行な底面を有する溝状に形成されている。
切欠部５０ａ１、５０ａ２は、幅Ａと深さを有している。切欠部５０ａ１、５０ａ２の幅Ａは、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂと切欠部５０ａ１、５０ａ２との接続点間の、周方向の長さである。また、切欠部５０ａ１、５０ａ２の深さは、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂに対応する仮想外周面と切欠部５０ａ１、５０ａ２の底面との間の距離である。図４では、切欠部５０ａ１、５０ａ２の幅Ａは、回転子５０の中心Ｏに対する開角で表されている。
なお、本実施の形態では、切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２が本発明の「切欠部」に対応する。
【００２８】
まず、切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２の幅Ａと効率及びコギングトルクとの関係を図５に示す。
図５は、図３及び図４に示す永久磁石電動機３０の回転子５０の磁極数が４極（極対数が２）、回転子５０の第１の外周面５０ａの半径Ｒ１が２９．９ｍｍ、回転子５０の外周面と固定子４０のティースＴ１〜Ｔｎのティース先端面との間の距離（間隙）の最小値（例えば、ｄ軸に沿った距離）ｇが０．６ｍｍ、回転子５０の最外周面（例えば、半径Ｒ１の仮想外周面）と第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂとの間の距離の最大値Ｄが０．４２５ｍｍ、切欠部５０ａ１、５０ａ２の深さの最小値ｈが０．２ｍｍである場合のものである。
なお、図５では、切欠部５０ａ１、５０ａ２の幅Ａを、回転子５０の中心Ｏに対する開角（機械角）で表している。
図５では、横軸に切欠部５０ａ１、５０ａ２の幅Ａ（開角；機開角）を示し、縦軸に効率（％）及びコギングトルク（ｇ／ｍ）を示している。また、二点差線は、第１の外周面５０ａの幅θ（開角；機械角）を３４度に設定した時のものであり、長い破線は、θを３７度に設定した時のものであり、実線は、θを４０度に設定した時のものであり、一点鎖線は、θを４３度に設定した時のものであり、短い破線は、θを４６度に設定した時のものである。なお、第１の外周面５０ａの幅θは、長さで表すこともできる。
図５から、θを３４度、３７度、４０度、４３度、４６度のいずれに設定した場合も、切欠部５０ａ１、５０ａ２の幅Ａが２４度を越えると、効率が、切欠部５０ａ１、５０ａ２が設けられていない場合より低下していることが分かる。これにより、[０＜切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦２４度］に設定することにより、効率を向上させることができる。
また、図５から、切欠部の幅Ａが８度を越えると、コギングトルクが、切欠部５０ａ１、５０ａ２が設けられていない場合より低減されていることがわかる。ここで、θを３４度、４６度に設定した時のコギングトルクの低減効果は、θを３７度、４０度、４３度に設定した時の低減効果より小さい。
これにより、［３７度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦４３度］、［８度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦２４度］、に設定することにより、コギングトルクを効果的に低減することができる。
なお、第１の外周面５０ａの曲率半径Ｒ１が、２２ｍｍ〜３２．５ｍｍの範囲内、回転子の外周面とティース先端面との間の間隙の最小値ｇが、０．４５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内、切欠部の深さの最小値ｈが、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内、回転子５０の最外周面と第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂとの間の距離の最大値Ｄが、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内あれば、切欠部の幅Ａと効率及びコギングトルクの関係を示すグラフは、図５に示すグラフと略等しい。
以上のことから、［３７度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦４３度］、［８度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦２４度］を満足するように構成することにより、効率を向上させることができるとともに、コギングトルクを低減することができる。
【００２９】
ここで、回転子５０の極対数が２の場合の前記条件［３７度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦４３度］、［８度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦２４度］は、回転子５０の極対数に応じて変更される。
例えば、回転子５０の極対数が１の場合には、極対数が２の場合の条件の２倍、すなわち、［７４度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦８６度］、［１６度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦４８度］に対応する。また、回転子５０の極対数が３の場合には、極対数が２の場合の条件の２／３倍、すなわち、［（７４／３）度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦（８６／３）度］、［（１６／３）度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦（４８／３）度］に対応する。
したがって、回転子５０の極対数をＰとした場合、第１の外周面５０ａの幅θ（開角；機械角）が［（７４／Ｐ）度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦（８６／Ｐ）度］を満足し、切欠部５０ａ１、５０ａ２の幅Ａ（開角；機械角）が［（１６／Ｐ）度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦（４８／Ｐ）度］を満足するように構成することにより、効率を向上させることができるとともに、コギングトルクを低減することができる。
【００３０】
次に、回転子５０の最外周面（第１の外周面５０ａ〜５０ｄに対応する、半径Ｒ１の仮想外周面）と第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａとの間の距離の最大値Ｄ、回転子５０の外周面と固定子４０のティースＴ１〜Ｔｎのティース先端面との間の距離（間隙）の最小値ｇと効率及びコギングトルクとの関係を図６に示す。
図６は、前述した、効率を向上させることができるとともに、コギングトルクを低減することができる条件［（７４／Ｐ）度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦（８６／Ｐ）度］、［（１６／Ｐ）度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦（４８／Ｐ）度］に対して、Ｄ／ｇと効率及びコギングトルクの関係を示している。また、図６は、図３及び図４に示す永久磁石電動機３０の回転子５０の磁極数が４極（極対数が２）、回転子５０の第１の外周面５０ａの曲率半径Ｒ１が２９．９ｍｍ、切欠部５０ａ１、５０ａ２の深さの最小値ｈが０．２ｍｍ、第１の外周面５０ａの幅θ（開角；機械角）が４１．５度である場合のものである。
図６では、横軸にＤ／ｇを示し、縦軸に効率（％）及びコギングトルク（ｇ／ｍ）を示している。また、破線は、第１の外周面５０ａの幅θ（開角；機械角）を３７度に設定した時のものであり、実線は、θを４０度に設定した時のものであり、一点鎖線は、θを４３度に設定した時のものである。なお、第１の外周面５０ａの幅θは、長さで表すこともできる。
図６から、Ｄ／ｇが１．６を越えると、効率が、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂが設けられていない場合の効率より低下していることがわかる。これにより、[０＜Ｄ／ｇ≦１．６］に設定することにより、効率を向上させることができる。
また、図６から、Ｄ／ｇが０．５〜１．６の範囲内である場合に、コギングトルクが、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂが設けられていない場合より大幅に低減されていることがわかる。これにより、［０．５≦Ｄ／ｇ≦１．６］に設定することにより、コギングトルクを低減することができる。
なお、第１の外周面５０ａ曲率半径Ｒ１が、２２ｍｍ〜３２．５ｍｍの範囲内、回転子の外周面とティース先端面との間の間隙の最小値ｇが、０．４５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内、切欠部の深さの最小値ｈが、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内、回転子５０の最外周面と第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂとの間の距離の最大値Ｄが、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内あれば、Ｄ／ｇと効率及びコギングトルクの関係を示すグラフは、図６に示すグラフと略等しい。
以上のことから、［（７４／Ｐ）度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦（８６／Ｐ）度］、［（１６／Ｐ）度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦（４８／Ｐ）度］、［０．５≦Ｄ／ｇ≦１．６］という条件を満足するように構成することにより、コギングトルクをより低減することができる。
【００３１】
次に、切欠部５０ａ１、５０ａ２の深さの最小値ｈとコギングトルクとの関係を図７に示す。切欠部５０ａ１、５０ａ２の深さの最小値ｈとしては、例えば、ｑ軸に沿った深さを用いることができる。
図７は、前述した、効率を向上させることができるとともに、コギングトルクを低減することができる条件［（７４／Ｐ）度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦（８６／Ｐ）度］、［（１６／Ｐ）度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦（４８／Ｐ）度］に対して、ｈとコギングトルクの関係を示している。また、図７は、図３及び図４に示す永久磁石電動機３０の回転子５０の磁極数が４極（極対数が２）、回転子５０の第１の外周面５０ａの曲率半径Ｒ１が２９．９ｍｍ、回転子５０の外周面とティース先端面との間の距離（間隙）の最小値ｇが０．６ｍｍ、第１の外周面５０ａの幅θ（開角；機械角）が４１．５度である場合のものである。
図７では、横軸にｈを示し、縦軸にコギングトルク（ｇ／ｍ）を示している。
図７から、ｈが、［０．０８×（ｇ＋Ｄ）］と［０．６×（ｇ＋Ｄ）］の範囲内で、コギングトルクが低減していることがわかる。すなわち、切欠部５０ａ１、５０ａ２の深さが浅い場合には、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂとティース先端面との間の磁気抵抗と、切欠部の底面とティース先端面との間の磁気抵抗との差が殆どない。このため、切欠部５０ａ１、５０ａ２によるコギングトルクの低減効果が低い。また、切欠部５０ａ１、５０ａ２の深さが深い場合には、切欠部５０ａ１、５０ａ２の底面とティース先端面との間の磁気抵抗が大きくなりすぎる。この場合には、第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂと切欠部５０ａ１、５０ａ２の境界付近で磁気抵抗が急激に変化することによって、コギングトルクが発生する。
なお、第１の外周面５０ａ曲率半径Ｒ１が、２２ｍｍ〜３２．５ｍｍの範囲内、回転子の外周面とティース先端面との間の間隙の最小値ｇが、０．４５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内、切欠部の深さの最小値ｈが、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内、回転子５０の最外周面と第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂとの間の距離の最大値Ｄが、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内あれば、ｈとコギングトルクの関係を示すグラフは、図７に示すグラフと略等しい。
以上のことから、［（７４／Ｐ）度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦（８６／Ｐ）度］、［（１６／Ｐ）度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦（４８／Ｐ）度］、［０．０８×（ｇ＋Ｄ）≦ｈ≦０．６×（ｇ＋Ｄ）］という条件を満足するように構成することにより、コギングトルクをより低減することができる、あるいは、［（７４／Ｐ）度≦第１の外周面の幅θ（開角；機械角）≦（８６／Ｐ）度］、［（１６／Ｐ）度≦切欠部の幅Ａ（開角；機械角）≦（４８／Ｐ）度］、［０．５≦Ｄ／ｇ≦１．６］、［０．０８×（ｇ＋Ｄ）≦ｈ≦０．６×（ｇ＋Ｄ）］という条件を満足するように構成することにより、コギングトルクをさらに低減することができる。
【００３２】
図３及び図４に示す永久磁石電動機では、回転子５０の最外周面と第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂとの間の距離の最大値Ｄを、回転子５０のみで確保した。この距離Ｄは、回転子５０と固定子４０で確保することもできる。
第１の実施の形態の変更例の部分拡大図を図８に示す。図８に示す実施の形態では、ティースＴのティース先端面Ｔａには、回転子５０の回転方向の両側に切欠部Ｔｄが設けられている。切欠部Ｔｄは、回転子５０の回転方向に沿って、端部側の切欠長（回転子５０の外周部との間の距離）が大きくなるように傾斜状に形成されている。切欠部Ｔｄの最大切欠長はＤ２であり、幅はＷである。
なお、切欠部Ｔｄは、永久磁石から発生する磁束がティース端部Ｔｂ、Ｔｃに対応するティース先端面Ｔａを介して短絡されるのを低減するために設けられている。このため、切欠部Ｔｄの幅Ｗは、磁石挿入孔に挿入されている永久磁石の幅（あるいは磁石挿入孔の幅）より長く設定するのが好ましい。
図８に示す変更例では、回転子５０の最外周面（第１の外周面５０ａに対応する、半径Ｒ１の仮想外周面）と第２の外周面５０ｄａ、５０ａｂとの間の距離の最大値Ｄ１（例えば、ｑ軸に沿った距離）と、ティース先端面に形成されている切欠部Ｔｄの最大切欠長Ｄ２の和（Ｄ１＋Ｄ２）が前述した距離Ｄに対応する。
この距離（Ｄ１＋Ｄ２）を、前記した条件のＤに代えて用いることにより、前記した効果と同様の効果を達成することができる。
このように、ティース先端面の両端部に切欠部を設けることにより、磁束がティース端部で急激に変化するのを防止することができる。これにより、コギングトルクをより低減することができる。
【００３３】
以上では、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４〜５１ｄ１、５１ｄ４の回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ５〜５１ｄ２、５１ｄ５と対向する箇所に形成された切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２の幅Ａを、第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａの曲率中心Ｏに対する開角（機械角）で表した。
ここで、切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２の開角（機械角）と第２の外周面５０ａｂ〜５０ｄａの曲率半径Ｒ２が定まれば、切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２の長さは一義的に決定される。
したがって、切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２の幅Ａは、図９に示すように、開角（機械角）に対応する長さで表すこともできる。例えば、周方向に沿った長さで表すことができる。切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２の幅Ａを長さで表す態様は、切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２の幅Ａを開角（機械角）で表す態様に包含される。
【００３４】
また、磁石挿入孔５１ａ１、５１ａ４〜５１ｄ１、５１ｄ４の回転子外周側端壁５１ａ２、５１ａ５〜５１ｄ２、５１ｄ５と切欠部５０ａ１、５０ａ２〜５０ｄ１、５０ｄ２との配置関係は適宜選択可能である。
例えば、図１０に示すように、切欠部５０ａ１の回転方向側の位置に回転子外周側端壁５１ａ２を配置してもよい。あるいは、図１１に示すように、切欠部５０ａ１の中央の位置に回転子外周側端壁５１ａ２を配置してもよい。あるいは、図１２に示すように、切欠部５０ａ１の反回転方向側の位置に回転子外周側端壁５１ａ２を配置してもよい。
すなわち、切欠部５０ａ１に対向する位置に回転子外周側端壁５１ａ２が配置されていれば、永久磁石から発生する磁束がティース、特に、ティース端部を介して流れるのを防止することができる。
【００３５】
以上の実施の形態では、Ｖ字形状に配設した磁石挿入孔に、断面形状が長方形形状の（平板形状）永久磁石を挿入したが、磁石挿入孔や永久磁石の形状、数等は種々変更可能である。
以下に、他の実施の形態で用いる回転子を図１３〜図１５を参照して説明する。なお、図１３〜図１５は、回転子の軸方向に直角な断面（横断面）を示している。
【００３６】
図１３に示す第２の実施の形態の回転子１５０は、磁石挿入孔の回転子外周側端壁と切欠部との間に空隙部を形成している点が第１の実施の形態の回転子５０と異なっている。
第２の実施の形態では、主磁極部１５０Ａには、磁石挿入孔１５１ａ１、１５１ａ３が、回転子１５０の中心Ｏから見て、略Ｖ字形状となるように配設されている。
磁石挿入孔１５１ａ１、１５１ａ３には、それぞれ断面形状が長方形形状を有する（平板形状の）永久磁石１５２ａ１、１５２ａ２が挿入されている。
ここで、永久磁石１５２ａ１、１５２ａ２と、磁石挿入孔１５１ａ１、１５１ａ３の回転子外周側端壁１５１ａ２、１５１ａ４との間に空隙が形成されないように、永久磁石１５２ａ１、１５２ａ２が磁石挿入孔１５１ａ１、１５１ａ３に挿入されている。そして、磁石挿入孔１５１ａ１、１５１ａ３の回転子外周側端壁１５１ａ２、１５１ａ４と第２の外周面１５０ｄａ、１５０ａｂ（切欠部１５０ａ１、１５０ａ２の底面）との間に空隙部１５１ａ５、１５１ａ６が形成されている。この時、磁石挿入孔１５１ａ１、１５１ａ３の回転子外周側端壁１５１ａ２、１５１ａ４と空隙部１５１ａ５、１５１ａ６との間、空隙部１５１ａ５、１５１ａ６と第２の外周面１５０ｄａ、１５０ａｂ（切欠部１５０ａ１、１５０ａ２の底面）との間にブリッジ部１５１ａ８、１５１ａ９、１５１ａ１０、１５１ａ１１が設けられている。このように複数のブリッジ部を設けることにより、遠心力に対する回転子強度を増加させることができる。
本実施の形態の回転子１５０では、第２の外周面１５０ｄａ、１５０ａｂには、空隙部１５１ａ５、１５１ａ６と対向する箇所に切欠部１５０ａ１、１５０ａ２が形成されている。
【００３７】
図１４に示す第３の実施の形態の回転子２５０は、磁石挿入孔及び永久磁石の形状が第１の実施の形態の回転子５０と異なっている。
第３の実施の形態では、主磁極部２５０Ａには、円弧形状の断面形状を有する磁石挿入孔２５１ａ１が設けられている。円弧形状は、回転子の中心方向に突状に形成されている。
磁石挿入孔２５１ａ１には、磁石挿入孔２５１ａ１と略同じ断面形状を有する永久磁石２５２ａが挿入されている。
本実施の形態の回転子では、永久磁石２５２ａと第２の外周面２５０ｄａ、２５０ａｂ（切欠部２５０ａ１、２５０ａ２の底面）との間には空隙部が設けられていない。
【００３８】
図１５に示す第４の実施の形態の回転子３５０は、磁石挿入孔の形状が第１の実施の形態の回転子５０と異なっている。
第４の実施の形態では、主磁極部３５０Ａには、ｄ軸に略直角な方向に磁石挿入孔３５１ａ１が設けられている。
磁石挿入孔３５１ａ１には、断面形状が長方形形状を有する（平板形状）永久磁石３５２ａが挿入されている。
ここで、永久磁石３５２ａと、磁石挿入孔３５１ａ１の回転子外周側端壁３５１ａ２、３５１ａ３との間に空隙が形成されないように、永久磁石３５２ａが磁石挿入孔３５１ａ１に挿入されている。そして、磁石挿入孔３５１ａ１の回転子外周側端壁３５１ａ２、３５１ａ３と第２の外周面３５０ｄａ、３５０ａｂ（切欠部３５０ａ１、３５０ａ２の底面）との間に空隙部３５１ａ４、３５１ａ５が形成されている。この時、磁石挿入孔３５１ａ１の回転子外周側端壁３５１ａ２、３５１ａ３と空隙部３５１ａ４、３５１ａ５との間、空隙部３５１ａ４、３５１ａ５と第２の外周面３５０ｄａ、３５０ａｂ（切欠部３５０ａ１、３５０ａ２の底面）との間にブリッジ部３５１ａ６、３５１ａ７、３５１ａ８、３５１ａ９が設けられている。
【００３９】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されることなく、種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、回転子の主磁極部に、永久磁石を径方向に１層だけ配置して、単層構造の回転子を構成したが、永久磁石を径方向に複数層配置して、多層構造の回転子を構成することもできる。
また、磁石挿入孔の形状や永久磁石の形状、数等は種々変更可能である。さらに、永久磁石の材料も種々変更可能である。
また、固定子のスロット数と回転子の極対数の組み合わせとしては、種々の組み合わせが可能である。
また、永久磁石埋込型電動機について説明したが、本発明は種々の構造の永久磁石電動機等として構成することができる。
また、永久磁石回転機をエアコン（空調装置）や冷蔵庫等に設けられている圧縮装置の圧縮機を駆動する電動機として用いた場合について説明したが、本発明の永久磁石回転機は、これ以外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。例えば、自動車等の車両に搭載される電動機として用いることができる。自動車等の車両に搭載される電動機としては、例えば、車両を駆動する電動機、車両に搭載されている車載機器（例えば、パワーウィンドー、ワイパー、電動シート等）を駆動する電動機等が対応する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に対応する永久磁石回転機を用いた圧縮装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に対応する永久磁石回転機の回転子の縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に対応する永久磁石回転機の回転子の横断面図である。
【図４】図３の要部の拡大図である。
【図５】Ａ（切欠部の幅）と効率・コギングトルクとの関係を示す図である。
【図６】[Ｄ（回転子の最外周面と補助磁極部の外周面との間の距離の最大値）／ｇ（回転子の害す風面とティース先端面との間のギャップの最小値）]と効率・コギングトルクとの関係を示す図である。
【図７】ｈ（切欠部の深さ）とコギングトルクとの関係を示す図である。
【図８】固定子のティースの変更例を示す図である。
【図９】切欠部を長さで表した図である。
【図１０】磁石挿入孔の回転子外周側端壁と切欠部との配置関係を説明する図である。
【図１１】磁石挿入孔の回転子外周側端壁と切欠部との配置関係を説明する図である。
【図１２】磁石挿入孔の回転子外周側端壁と切欠部との配置関係を説明する図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に対応する永久磁石回転機の回転子の横断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に対応する永久磁石回転機の回転子の横断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に対応する永久磁石回転機の回転子の横断面図である。
【図１６】従来の永久磁石回転機の回転子の横断面図である。
【図１７】従来の永久磁石回転機の回転子の横断面図である。
【図１８】従来の永久磁石回転機の回転子の横断面図である。
【図１９】従来の永久磁石回転機の回転子の横断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  圧縮機
２０  圧縮機構部
１１  密閉ケース
１２  吐出口
３０  永久磁石電動機
４０  固定子巻線
Ｔ１〜Ｔｎ  ティース
Ｔａ  ティース先端面
Ｔｂ、Ｔｃ  ティース端部
Ｓ１〜Ｓｎ  スロット
４０、１４０、２４０、３４０、５４０、６４０、７４０、８４０  固定子
５０、１５０、２５０、３５０、５５０、６５０、７５０、８５０  回転子
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ、２５０Ａ、２５０Ｂ、２５０Ｃ、２５０Ｄ、３５０Ａ、３５０Ｂ、３５０Ｃ、３５０Ｄ  主磁極部
５０ＡＢ、５０ＢＣ、５０ＣＤ、５０ＤＡ、１５０ＡＢ、１５０ＢＣ、１５０ＣＤ、１５０ＤＡ、２５０ＡＢ、２５０ＢＣ、２５０ＣＤ、２５０ＤＡ、３５０ＡＢ、３５０ＢＣ、３５０ＣＤ、３５０ＤＡ  補助磁極部
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄ、３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄ  第１の外周面（第１の曲線形状の外周面）
５０ａｂ、５０ｂｃ、５０ｃｄ、５０ｄａ、１５０ａｂ、１５０ｂｃ、１５０ｃｄ、１５０ｄａ、２５０ａｂ、２５０ｂｃ、２５０ｃｄ、２５０ｄａ、３５０ａｂ、３５０ｂｃ、３５０ｃｄ、３５０ｄａ  第２の外周面（第２の曲線形状の外周面）
５０ａ１、５０ａ２、５０ｂ１、５０ｂ２、５０ｃ１、５０ｃ２、５０ｄ１、５０ｄ２、１５０ａ１、１５０ａ２、１５０ｂ１、１５０ｄ２、２５０ａ１、２５０ａ２、２５０ｂ１、２５０ｄ２、３５０ａ１、３５０ａ２、３５０ｂ１、３５０ｄ２  切欠部
５１ａ１、５１ａ４、５１ｂ１、５１ｂ４、５１ｃ１、５１ｃ４、５１ｄ１、５１ｄ４、１５１ａ１、１５１ａ３、２５１ａ１、３５１ａ１  磁石挿入孔
５１ａ２、５１ａ５、５１ｂ２、５１ｂ５、５１ｃ２、５１ｃ５、５１ｄ２、５１ｄ５、１５１ａ２、１５１ａ４、２５１ａ２、２５１ａ３、３５１ａ２、３５１ａ３  回転子外周側端壁
５２ａ１、５２ａ２、５２ｂ１、５２ｂ２、５２ｃ１、５２ｃ２、５２ｄ１、５２ｄ２、１５２ａ１、１５２ａ２、２５２ａ、３５２ａ  永久磁石
５１ａ７〜５１ａ９、５１ｂ７〜５１ｂ９、５１ｃ７〜５１ｃ９、５１ｄ７〜５１ｄ９、１５１ａ７〜１５１ａ１１、２５１ａ４、２５１ａ５、３５１ａ６〜３５１ａ９  ブリッジ部
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
５９  回転軸挿入孔
６０、１６０、２６０、３６０  回転軸
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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