(57)【要約】【課題】  高速域においても高トルクを出力できる永久磁石式回転電機、並びにそれを用いる圧縮機を提供する。【解決手段】  固定子鉄心と、固定子鉄心に設けられる電機子巻線とを有する固定子と、回転子鉄心１２と、回転子鉄心に埋設される、回転子の極数分の永久磁石１４とを有し、空隙を介して固定子と対向する回転子３と、を備える永久磁石式回転電機が、永久磁石の磁束軸をｄ軸、ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸とする場合、回転子鉄心は、ｑ軸上において内周側に凹む凹部１１を有し、凹部は、永久磁石の厚み方向に沿う二つの直線部１１ｂ，１１ｃと、二つの直線部の回転子内周側の各端部に接続する曲線部１１ａとから構成され、永久磁石の外周側の磁極面の端部間の角度θｐ１と、二つの直線部の回転子外周側の各端部間の角度θｐ２とが、０．１８≦θｐ２/θｐ１≦０．５となる関係を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心と、前記固定子鉄心に設けられる電機子巻線とを有する固定子と、
回転子鉄心と、前記回転子鉄心に埋設される、前記回転子の極数分の永久磁石とを有し、空隙を介して前記固定子と対向する回転子と、
を備える永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、前記ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸とする場合、
前記回転子鉄心は、前記ｑ軸上において内周側に凹む凹部を有し、
前記凹部は、前記永久磁石の厚み方向に沿う二つの直線部と、前記二つの直線部の回転子内周側の各端部に接続する曲線部とから構成され、
前記永久磁石の外周側の磁極面の端部間の角度θｐ１と、前記二つの直線部の回転子外周側の各端部間の角度θｐ２とが、０．１８≦θｐ２/θｐ１≦０．５となる関係を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
前記曲線部は、前記ｑ軸の両側に位置する二つの永久磁石の内周側磁極面の前記ｑ軸に対向する各端部間を結ぶ仮想直線よりも回転子内周側に位置することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
前記ｑ軸に対して幾何的直角方向において、前記二つの直線部の間隔が、回転子内周側から回転子外周側へ向かって広がっていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心における磁極面は円弧状部を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の永久磁石式回転電機において、
前記円弧状部と前記永久磁石の外周側磁極面との間に、複数のスリットが前記ｄ軸に対して対称に設けられることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の永久磁石式回転電機において、
前記磁極面は、前記円弧状部の端部に接続するカット部を有し、
前記カット部と前記固定子との間の空隙は、前記円弧状部と前記固定子との空隙よりも広いことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の永久磁石式回転電機において、
前記カット部は、
前記円弧状部の端部と前記二つの直線部の一方の回転子外周側端部との間に接続される直線状カット部を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項８】
請求項６に記載の永久磁石式回転電機において，
前記凹部の断面積は、前記カット部の断面積よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項９】
請求項４に記載の永久磁石式回転電機において、
前記円弧状部の角度θｐ３が電気角で９０°以上１２０°以下であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１０】
作動流体である気体の容積を縮小する圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する永久磁石式回転電機と、
を備える圧縮機において、
前記永久磁石式回転電機は、
固定子鉄心と、前記固定子鉄心に設けられる電機子巻線とを有する固定子と、
回転子鉄心と、前記回転子鉄心に埋設される、前記回転子の極数分の永久磁石とを有し、空隙を介して前記固定子と対向する回転子と、
を備え、
前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、前記ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸とする場合、
前記回転子鉄心は、前記ｑ軸上において内周側に凹む凹部を有し、
前記凹部は、前記永久磁石の厚み方向に沿う二つの直線部と、前記二つの直線部の回転子内周側の各端部に接続する曲線部とから構成され、
前記永久磁石の外周側の磁極面の端部間の角度θｐ１と、前記二つの直線部の回転子外周側の各端部間の角度θｐ２とが、０．１８≦θｐ２/θｐ１≦０．５となる関係を有す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、界磁用の永久磁石を回転子に備えている永久磁石式回転電機に係り、特に、エアコン、冷蔵庫、冷凍庫、あるいは食品ショーケースなどにおける圧縮機に使用するのに好適な永久磁石式回転電機、並びにそれを用いる圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石式回転電機においては、電機子巻線となる固定子巻線に集中巻が採用されると共に、界磁にはネオジム永久磁石などの高磁束密度永久磁石が採用され、小形・高効率化が図られている。しかしながら、小形・高効率化による出力密度の増加に伴い、鉄心の非線形磁気特性（ヒステリシス）の影響が顕著になり、集中巻の採用と相俟って、空間高調波磁束が増大している。
【０００３】
これに対し、特許文献１に記載される従来技術では、回転子鉄心おける固定子との対向面を形成する部位内に、永久磁石の外周側から回転子外周側へと伸びる複数のスリットが設けられる。これにより、ギャップ面における高調波磁束を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４５３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術によれば、中・低速域において高効率を得ることができる。しかし、高速域においては、負荷トルクが大きい場合や、モータの電機子巻線の増加により高インダクタンスとなる場合、トルク電流による磁束（ｑ軸磁束）の影響が大きくなるため、電圧・電流位相差が拡大して力率が低下する。このため、永久磁石式回転電機を高トルクに制御することが難しいという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、高速域においても高トルクを出力できる永久磁石式回転電機、並びにそれを用いる圧縮機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明による永久磁石式回転電機は、固定子鉄心と、固定子鉄心に設けられる電機子巻線とを有する固定子と、回転子鉄心と、回転子鉄心に埋設される、回転子の極数分の永久磁石とを有し、空隙を介して固定子と対向する回転子と、を備えるものであって、永久磁石の磁束軸をｄ軸、ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸とする場合、回転子鉄心は、ｑ軸上において内周側に凹む凹部を有し、凹部は、永久磁石の厚み方向に沿う二つの直線部と、二つの直線部の回転子内周側の各端部に接続する曲線部とから構成され、永久磁石の外周側の磁極面の端部間の角度θｐ１と、二つの直線部の回転子外周側の各端部間の角度θｐ２とが、０．１８≦θｐ２/θｐ１≦０．５となる関係を有する。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明による圧縮機は、作動流体である気体を圧縮容器内に供給する吸込みパイプと、作動流体の容積を縮小する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する永久磁石式回転電機と、圧縮機構により圧縮された作動流体を圧縮容器外に排出する吐出パイプと、を備えるものであって、永久磁石式回転電機を、上記本発明による永久磁石式回転電機とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転子鉄心に二つの直線部と曲線部を有する凹部が設けられ、かつ０．１８≦θｐ２/θｐ１≦０．５となる関係により、永久磁石式回転電機のｑ軸磁束が低減される。これにより、永久磁石式回転電機は、高速域においても高トルクを出力できる。
【００１０】
さらに、圧縮機の圧縮機構を本発明による永久磁石式回転電機で駆動することにより、圧縮機を高効率化できる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１である永久磁石式回転電機の断面図である。
【図２】実施例１の永久磁石式回転電機の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図３ａ】比較例の永久磁石式回転電機の低速・低負荷トルク時のベクトル図である。
【図３ｂ】比較例の永久磁石式回転電機の高速・高負荷トルク時のベクトル図である。
【図４】実施例１の永久磁石式回転電機の高速・高負荷トルク時のベクトル図である。
【図５】実施例１の永久磁石式回転電機のトルク特性（実線）を示す。
【図６】実施例２の永久磁石式回転電機の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図７】実施例３である圧縮機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図１〜７を用いて説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
【００１４】
各実施例の永久磁石式回転電機は、６極の回転子と、９スロットの固定子から構成される。すなわち、回転子の極数と固定子のスロット数の比が２：３である。回転子の極数、固定子のスロット数、並びにこれらの比は、各実施例における値に限らず、他の値でも、各実施例と同様の効果を得ることができる。例えば、回転子の極数は、４極あるいは８極等としても良い。なお、各実施例における永久磁石式回転電機は、永久磁石が回転子鉄心に埋設される、いわゆる埋込磁石型の回転電機である。
【００１５】
以下の説明において、「軸方向」とは回転子の回転軸方向を示し、「径方向」とは回転子の径方向を示し、「周方向」とは回転子の周方向を示す。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１である永久磁石式回転電機の断面図である。本断面図は、回転軸に垂直な方向の断面を示す（後述する図２，６も同様）。なお、本実施例１は、永久磁石式同期電動機として動作する。
【００１７】
図１に示すように、永久磁石式回転電機１は、固定子２と、固定子２の内側に所定のギャップ（空隙）を介して配置され、かつシャフト（図示せず）とともに回転する回転子３とから構成される。固定子２は、円環形状のコアバック５と、コアバック５から径方向内側へ向けて突出する複数のティース４とからなる固定子鉄心６、周方向に隣接するティース４間のスロット７内においてティース４を取り囲むように巻装される集中巻の電機子巻線８より構成される。すなわち、電機子巻線８は、径方向に放射状に配されるティース４の軸心周りに巻装され、周方向に、三相巻線のＵ相巻線８ａ、Ｖ相巻線８ｂ、Ｗ相巻線８ｃが相互に空隙を介して配される。また、複数のティース４は周方向に沿って略等間隔に配列されている。
【００１８】
ここで、永久磁石式回転電機１は、回転子３の極数が６極、固定子２のスロット数が９スロットであるから、スロットピッチは電気角で１２０°である。また、回転子３の回転中心部に、円柱状のシャフト（図示せず）を収容するシャフト孔１５が形成されている。
【００１９】
本実施例の永久磁石式回転電機１においては、三相巻線８ａ〜８ｃからなる電機子巻線８に三相交流電流を流すと、回転磁界が発生する。この回転磁界によって永久磁石１４および回転子鉄心１２に働く電磁力により、回転子３が回転する。
【００２０】
なお、永久磁石式回転電機１が動作する時に固定子鉄心６および回転子鉄心１２に発生する渦電流損などの鉄損を低減するために、固定子鉄心６および回転子鉄心１２は、珪素鋼板などの磁性鋼板からなる薄板を複数積層した積層体によって構成することが好ましい。
【００２１】
図２は、本実施例１の永久磁石式回転電機１の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【００２２】
図２において、回転子３は、その回転中心部にシャフト孔１５が設けられる回転子鉄心１２を有する。回転子鉄心１２内の外周側表面の近傍に、断面が細長い長方形状の永久磁石挿入孔１３が複数（本実施例１では極数分である６個）形成される。複数の永久磁石挿入孔１３には、それぞれ、磁石材料、例えば希土類のネオジムからなる、平板状の永久磁石１４が挿入される。ここで、図２の回転子断面において、永久磁石１４の磁極がつくる磁束の方向、つまり永久磁石１４の長手方向中心（断面中央）と回転中心とを結ぶ仮想軸をｄ軸（磁束軸）と定義し、ｄ軸と電気的に、すなわち電気角で直交する軸（永久磁石間の軸）をｑ軸と定義する。
【００２３】
図２のような断面において、回転子鉄心１２の一磁極当たり、一枚の永久磁石１４が設けられる。永久磁石１４の断面形状は、永久磁石挿入孔１３と同様に細長い長方形状であり、その長手方向はｄ軸に対して幾何的に直角方向に伸びている。
【００２４】
回転子３の回転子鉄心１２には、隣接する永久磁石１４の極間のｑ軸上において、内周側に凹む凹部１１が設けられている。この凹部１１は、後述するようにｑ軸磁束を抑制する。また、回転子３すなわち回転子鉄心１２は、凹部１１よりも外周側に位置し、固定子２のティース４とのギャップ長（隙間）が最短のｇ１となる最外周部と、ギャップ長がｇ１よりも長いｇ２となる外周部と、を有する。回転子３におけるギャップ長ｇ１を有する最外周部は、その外周形状が円弧状、角度θｐ３が電気角で９０°〜１２０°となるように構成される。
【００２５】
凹部１１は、永久磁石１４の径方向厚み方向と平行に沿う二つの直線部１１ｂ，１１ｃと、二つの直線部の回転子内周側端部を結ぶ曲線部１１ａとを有し、曲線部１１ａの開始位置は、ｑ軸の両側に位置して隣り合う二つの永久磁石の内周側磁極面におけるｑ軸に対向する各端部間、本実施例では最近接部間を結ぶ仮想線より、回転子内周側に位置している。すなわち、凹部１１の径方向の底部は、永久磁石１４の内周側磁極面よりも深い。このように凹部１１に曲線部を設けることで、高速域において回転子遠心力に伴う応力の影響を緩和することができる。
【００２６】
なお、本実施例１の凹部１１において、曲線部１１ａは二つの直線部１１ｂ，１１ｃと滑らかに接続される。これにより、凹部１１内における回転子遠心力に伴う応力の集中が緩和されるので、遠心力に対する回転子の強度が向上する。
【００２７】
回転子３の回転中心Ｏの周りにおいて、回転子３の一つの磁極を構成する永久磁石１４の外周側磁極面の端部間の角度をθｐ１、凹部１１の二つの直線部１１ｂ，１１ｃの回転子外周側の各端部間の角度をθｐ２とする場合、θｐ１およびθｐ２は、０．１８≦θｐ２/θｐ１≦０．５の関係を満たすように設定される。
【００２８】
ここで、本実施例においては、上記のように、集中巻の巻線を有する固定子におけるスロットピッチが電気角で１２０°である。また、１磁極当たり１．５スロット（＝９スロット／６極）であるから、ｑ軸間の角度は電気角で１８０°である。このため、電気角で、１２０°≦θｐ１＜１８０°，０°＜θｐ２≦６０°である。従って、０＜θｐ２/θｐ１≦０．５（＝６０°／１２０°）である。さらに、本発明者の検討によれば、本実施例１のように曲線部を有する凹部１１が設けられる回転子の場合、０．１８≦θｐ２/θｐ１とすることにより、後述する図５に示すように、ｑ軸磁束抑制による高速域における実質的なトルク向上効果が得られる。
【００２９】
さらに、回転子３は、永久磁石挿入孔１３（永久磁石１４）の外周側において、すなわち回転子鉄心１２における円弧状部と永久磁石１４の外周側磁極面との間において、ｄ軸上およびｄ軸近傍にはスリットを設けずに、ｄ軸から所定の距離だけ離れた左右両側において複数のスリット１０ａ〜１０ｄがｄ軸を挟むように設けられる。ここで、スリット１０ａ，１０ｂはｄ軸に対して対称に配置される。また、スリット１０ｃ，１０ｄは、スリット１０ａ，１０ｂの間において、ｄ軸に対して対称に配置される。本実施例では、スリット１０ａ〜１０ｄの内、ｄ軸の最も近くに配置されるスリット１０ｃ，１０ｄの距離が、概ねティース４の最小幅に設定される。より具体的に、本実施例においては、スリット１０ａ〜１０ｄの内、平板状の永久磁石１４の磁極平面に沿う方向、すなわちｄ軸に対して幾何的に直角方向で、ｄ軸に最も近いスリット１０ｃ，１０ｄの端部間の距離が、概ねティース４の最小幅に設定されている。また、スリット１０ａ〜１０ｄは、永久磁石１４の磁束がティース４に集まるように傾けて配置される。すなわち、スリット１０ａ〜１０ｄが外周側へ向かう方向が、ｄ軸に対して平行な方向から傾き、ｄ軸と鋭角をなす。このようなスリット１０ａ〜１０ｄにより、誘導起電力波形を正弦波化して電機子電流を正弦波化でき、誘導起電力と電機子電流との相互作用によって生じる高調波磁束を低減できる。すなわち、スリット１０ａ〜１０ｄにより、電機子反作用が抑制され、機内磁束の高調波成分が低減される。
【００３０】
図３ａおよび３ｂは、本発明者の検討に基づく、従来技術による比較例である永久磁石式回転電機のベクトル図である。なお、図３ａは低速・低負荷トルク時であり、図３ｂは高速・高負荷トルク時である。
【００３１】
図３ａ，３ｂのベクトル図は、永久磁石式回転電機を制御するためのｄ−ｑ軸座標系を用いており、本座標系のｄ軸方向は、回転子のｄ軸方向（図２参照）としている。図３ａ，３ｂにおいて、Φｍは永久磁石１４による回転子のｄ軸方向の磁束を示す。ΦｄおよびΦｑは、本座標系において、それぞれ、固定子巻線に流れる電機子電流Ｉ１のｄ軸成分およびｑ軸成分による磁束、すなわちｄ軸磁束およびｑ軸磁束を示す。Φ１は、永久磁石による磁束Φｍと電機子電流Ｉ１による磁束（Φｄ，Φｑ）からなる永久磁石式回転電機全体の磁束、すなわち主磁束を示す。また、Ｅｍは無負荷時の誘起電圧を示す。Ｖ１は、固定子巻線の端子電圧を示し、主磁束Φ１に対して位相差が９０°である。また、Ｖ１は、誘起電圧Ｅｍと、電機子電流Ｉ１のｄ軸成分およびｑ軸成分による電圧降下（ωΦｄ，ωΦｑ：ωはインバータの出力角周波数）との合成ベクトルによって表わされる。
【００３２】
図３ａが示すように、低速・低負荷トルク時では、電機子電流Ｉ１およびそのｑ軸成分は小さいためにｑ軸磁束が小さいので、主磁束Φ１と永久磁石の磁束Φｍの位相差が小さい。このため、力率が比較的高くなり、高い効率で所望のトルクが得られる。しかしながら、図３ｂに示すように、高速・高負荷トルク時では、電機子電流Ｉ１およびそのｑ軸成分が大きくなるので、主磁束Φ１とΦｍの位相差が大きくなる。このため、力率が低下するので、電機子電流Ｉ１を増やした割には、トルクが大きくならず、効率が低下する。
【００３３】
図４は、本発明者の検討に基づく、実施例１の永久磁石式回転電機のベクトル図である。本図４は、高速・高負荷トルク時であり、破線で示すベクトル（Φ１’，Ｉ１’，Ｖ１’）が実施例１の永久磁石式回転電機のベクトルである。本実施例１の効果を分かり易くするため、図３ｂに示した比較例のベクトル図を併記している。
【００３４】
図４が示すように、本実施例においては、回転子３に凹部１１を設けることにより、回転子のｑ軸方向における磁気抵抗が増大するため、電機子電流Ｉ１を大きくした場合のｑ軸磁束Φｑの増大が抑制できる。このため、高速・高負荷トルク時でも、力率の低下が抑制され、比較的高い効率を維持しながら所望のトルクが得られる。
【００３５】
ここで、本実施例１におけるｑ軸方向の磁気抵抗増大手段すなわちｑ軸磁束低減手段である凹部１１の構成について、さらに具体的に説明する。
【００３６】
図２に示すように、回転子３がｑ軸上に形成される凹部１１の径方向外周側端部と、固定子２のティース４とのギャップ長ｇ２は、ｄ軸側のギャップ長ｇ１より大きくなるように設定される。すなわち、回転子３の外周において凹部１１は、固定子２のティース４とのギャップ長が最短のｇ１となる部位と、ｇ１よりも長いギャップ長のｇ２となる部位との何れよりもさらに内周側に凹んでいる。
【００３７】
凹部１１は、図２に示すように、永久磁石１４の径方向の厚み方向に平行な二つの直線部（１１ｂ，１１ｃ）と、これら直線部の回転子内周側の各端部を結ぶ曲線部（１１ａ）とを有する。さらに、この凹部１１が、回転子外周側の左右それぞれにおいて、回転子３すなわち回転子鉄心１２の磁極面における円弧状部（θｑ３）に接続する同磁極面の略直線状のカット部（１６ａ，１６ｂ）に接続する。このようにして、回転子３の外周部が構成される。なお、凹部１１の直線部が永久磁石１４の径方向の厚み方向に平行であることにより、回転子鉄心１２において永久磁石１４の端部に接する部分の厚さが一様になる。これにより、この部分の強度を確保できると共に、強度を確保するためのこの部分の厚さを査証限度近くに設定できるので、トルクに寄与しない永久磁石１４の端部における漏れ磁束を低減することができる。
【００３８】
凹部１１において、隣接する永久磁石１４の間に回転方向に沿うように位置する内周側曲線部１１ａと、その内周側曲線部１１ａの回転方向側端部から回転方向側に広がるように位置する略直線状の回転方向側直線部１１ｂと、内周側曲線部１１ａの反回転方向側端部から反回転方向側に広がるように位置する略直線状の反回転方向側直線部１１ｃとが接続する。なお、ｑ軸に対して幾何的直角方向において、二つの直線部１１ｂ，１１ｃの間隔は、回転子内周側から回転子外周側へ向かって広がっている。
【００３９】
この内周側曲線部１１ａは、永久磁石１４の最近接部を結ぶ線よりも回転子内周側に位置する。すなわち、凹部１１の曲線部１１ａの中央部と回転中心Ｏとの距離が、永久磁石１４と回転中心Ｏとの距離よりも短い。これにより、ｑ軸磁束が低減される。なお、ここでは時計周りを回転方向として説明したが、反時計周りに回転する回転子３であっても構わない。
【００４０】
さらに、凹部１１の回転方向側直線部１１ｂは、外周側端部において磁極面の回転方向側カット部１６ａに接続し、回転方向側カット部１６ａは外周側端部から回転方向に向かうにつれ外周側に傾斜する。また凹部１１の反回転方向側直線部１１ｃは、外周側端部において磁極面の反回転方向側カット部１６ｂと接続し、反回転方向側カット部１６ｂは外周側端部から反回転方向に向かうにつれ外周側に傾斜する。なお、回転方向側カット部１６ａ、反回転方向側カット部１６ｂの内周側端部と固定子２のティース４とのギャップ長が上記したｇ２である。
【００４１】
ここで、磁極面のカット部１６ａ，１６ｂと、ティース４の先端すなわち固定子２とのギャップ長は、磁極面の円弧状部と固定子２とのギャップ長ｇ１よりも大きく、最大で上記ｇ２である。このようなカット部１６ａ，１６ｂと前述のスリット１１ａ〜１１ｄにより、永久磁石１４の磁束をｄ軸近傍に集めることができる。これに、凹部１１によるｑ軸磁束低減とが相俟って、永久磁石の磁束分布を正弦波状分布に近づけることができる。
【００４２】
なお、本実施例においては、凹部１１を永久磁石の径方向の厚さ方向と平行な二つの直線部（１１ｂ，１１ｃ）と、各直線部の回転子内周側の端部を結ぶ曲線部と構成するが、これに限定されず、凹部１１の内周側から外周側に向かうにつれて左右に広がる形状であればよい。例えば、直線部（１１ｂ，１１ｃ）とカット部（１６ａ，１６ｂ）との接続部に丸みが付けられていても良い。また、上記のような凹部１１の断面積は、磁極面のカット部１６ａおよび反回転方向側カット部１６ｂによりカットされる断面積よりも大きくすることが好ましい。これにより、ｑ軸磁束が低減される。
【００４３】
上述したように、回転子３の一つの磁極を構成する永久磁石１４の外周側磁極面の端部間の角度θｐ１と、凹部１１の二つの直線部１１ｂ，１１ｃの回転子外周側の各端部間の角度θｐ２とを、０．１８≦θｐ２/θｐ１≦０．５となる様に設定し、回転子の磁極部における円弧状部の角度θｐ３を電気角で９０°以上１２０°以下の範囲内となるように設定することで、ｑ軸の磁気抵抗を増加することが可能となる。このため、図４に示すように、電圧（Ｖ１’）と電流（Ｉ１’）の位相差、並びに主磁束Φ１と永久磁石磁束Φｍの位相差が低減される。これにより、高速域において、高負荷トルクが得られる。また、永久磁石式回転電機のインダクタンスが大きい場合、電機子反作用の影響による力率低下を抑制することができる。その結果、トルクの低下を抑制しつつ、永久磁石式回転電機の小形・高効率化が可能となる。
【００４４】
図５は、本実施例１の永久磁石式回転電機のトルク特性（実線）を示す。縦軸および横軸は、それぞれトルクおよび電機子電流である。ただし、定格電流を１Ｐ．Ｕ．とし、また、定格電流を流した際での本実施例のトルク（高速域のトルク）を１Ｐ．Ｕ．としている。なお、比較例として、従来技術による永久磁石式回転電機のトルク特性を破線で示す。
【００４５】
図５に示すように、本実施例の永久磁石式回転電機のトルクは、従来技術による比較例よりも大きくなり、特に高速域において大きくなっている。
【００４６】
上述のように、本実施例１によれば、電機子反作用の影響による力率低下が抑制されるので、高速域でのトルク低下が抑制される。このため、永久磁石式回転電機の高効率化や小型化が可能になる。
【実施例２】
【００４７】
図６は、本発明の実施例２である永久磁石式回転電機の回転子鉄心形状を示す、図２と同様の断面図である。本図において、図２と参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。以下、主に、実施例１とは異なる点について説明する。
【００４８】
本実施例２は、実施例１（図２）と異なり、回転子磁極一極あたり２枚の永久磁石を備える。また、図６のような断面において、２枚の永久磁石１４が、シャフト孔１５に対して凸のＶ字状に配置される。すなわち、二つの永久磁石１４の断面は、実施例１と同様の形状であるが、ｄ軸を対称軸として、回転子３の回転中心Ｏに向って凸のＶ字形に配置される。これにより、高トルク化を図っている。
【００４９】
本実施例２は、実施例１と同様の凹部１１を備えている。従って、本実施例２によれば、実施例１と同様に、高速域でのトルク低下が抑制され、永久磁石式回転電機の高効率化や小型化が可能になる。
【実施例３】
【００５０】
図７は、本発明の実施例３である圧縮機の断面図である。
【００５１】
図７において、円筒状の圧縮容器６９内には、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とが互いに噛み合う圧縮機構を備え、永久磁石式回転電機により旋回スクロール部材６３がクランク軸７２を介して旋回運動することによって圧縮動作が行われる。この永久磁石式回転電機として、本発明の実施例１または実施例２が適用される。
【００５２】
また、固定スクロール部材６０および旋回スクロール部材６３によって形成される圧縮室６６ａ〜６６ｂのうち、最も外径側に位置している圧縮室は、旋回運動に伴って両スクロール部材６３，６０の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。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、両圧縮室内の作動流体である圧縮ガスは圧縮室６６と連通した吐出口６７から吐出される。吐出された圧縮ガスは固定スクロール部材６０およびフレーム６８に設けられ．ガス通路（図示せず）を通ってフレーム６８下部の圧縮容器６９内に至り、圧縮容器６９の側壁に設けられ．吐出パイプ７０から圧縮機外に排出される。
【００５３】
また、圧縮機を駆動する永久磁石式回転電機は、別置のインバータ（図示せず）によって制御され、圧縮動作に適した回転速度で回転する。ここで、永久磁石式回転電機は固定子２と回転子３から構成され、回転子３に設けられるクランク軸７２は、実施例１，２（図１，２，６）におけるシャフト孔１５に取付けられる。永久磁石式回転電機によってクランク軸７２が回転すると、旋回スクロール部材６３は、自転せずに、クランク軸７２の上部における所定の偏心量を半径とする旋回公転運動を行う。クランク軸７２の内部には、油孔７４が設けられ、クランク軸７２の回転に伴って圧縮容器６９の下部にある油溜め部７３の潤滑油が油孔７４を介して滑り軸受７５へ供給される。このような圧縮機に、上述の実施例１，２のうちのいずれかの永久磁石式回転電機を適用することより、圧縮機の効率向上が図られ、省エネ化が可能となる。
【００５４】
ところで、現在の家庭用および業務用のエアコンでは、圧縮容器６９内にＲ４１０Ａ冷媒が封入されているものが多く、永久磁石式回転電機の周囲温度は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。永久磁石１４、特にネオジム磁石は、高温になると残留磁束密度が低下し、同一出力を確保するために電機子電流が増加することから、前述の実施例１または実施例２の永久磁石式回転電機を適用することで、効率低下を抑えることができる。なお、本実施例３の圧縮機に前述の実施例１または実施例２の永久磁石式回転電機を適用するにあたり、冷媒の種類が制限されるものではない。また、圧縮機は、図７に示すスクロ−ル圧縮機でも良いし、ロ−タリ圧縮機などの他の圧縮機構を有する圧縮機でも良い。
【００５５】
本実施例３によれば、小形・高効率な永久磁石式回転電機を適用することにより、省エネ化が可能な圧縮機を実現できる。また、実施例１，２の永久磁石式回転電機を適用することにより、圧縮機の高速運転が可能になるなど、運転範囲を広げることができる。
【００５６】
さらに、ＨｅやＲ３２などの冷媒においては、Ｒ２２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａなどの冷媒と比べて、圧縮機における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大きくなるため、効率が低下する。低循環量（低速運転）時の効率向上のためには、圧縮機構部を小形化し、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である。さらに、最大循環量を確保するために最大回転数も上げることが好ましい。これに対し、上述の実施例１〜３の永久磁石式回転電機１を圧縮機に適用することで、最大トルクおよび最大回転数を大きくすることが可能となり、かつ高速域での損失低減が可能となるため、ＨｅやＲ３２等の冷媒を用いる際に効率を向上することができる。
【００５７】
上述のように、実施例１〜３の永久磁石式回転電機を圧縮機に適用することにより、圧縮機の効率を向上することができる。
【００５８】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…永久磁石式回転電機
２…固定子
３…回転子、
４…ティース
５…コアバック
６…固定子鉄心
７…スロット、
８ａ，８ｂ，８ｃ…電機子巻線
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…スリット
１１…凹部
１２…回転子鉄心、
１３…永久磁石挿入孔
１４…永久磁石
１５…シャフト孔
６０…固定スクロール部材
６１，６４…端板
６２，６５…渦巻状ラップ、
６３…旋回スクロール部材
６６ａ，６６ｂ…圧縮室
６７…吐出口
６８…フレーム
６９…圧縮容器
７０…吐出パイプ、
７２…クランク軸
７３…油留め部
７４…油孔
７５…滑り軸受け
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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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