(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、
前記回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極の中心付近から回転方向側に位置する隣り合うスロットの間の距離を、反回転方向側に位置する前記距離よりも大きくしたことを特徴とする自己始動形永久磁石式同期電動機。
【請求項２】
固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、
前記スロットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとともに、前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、永久磁石による回転子磁極の端付近から回転子磁極の中心に向けて順次大きくしたことを特徴とする自己始動形永久磁石式同期電動機。
【請求項３】
永久磁石が希土類磁石で形成されていることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の自己始動形永久磁石式同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調機器用電動圧縮機やその他の一般産業用に使用される自己始動形永久磁石式同期電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自己始動形永久磁石式同期電動機は、始動時には回転子の始動用かご形導体により誘導電動機として作動し、回転子が同期速度付近に達すると永久磁石がつくる回転子磁極によって同期速度に引き込まれて同期速度に入るが、定速度運転性および高効率性等優れた性能を有しているため一般産業用その他に広く使用されており、特に電動機の回転子構造についてはさまざまな改良が施されてきた。
【０００３】
従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子は一般的に、特公昭５９−２３１７９号公報に示されているものがある。以下、図面を参照しながら上記従来の自己始動形永久磁石式同期電動機を説明する。
【０００４】
図６は２極の例を示すものである。１は回転子、２は回転子鉄心であり、回転子鉄心２の外周付近に設けた複数個のスロット３に導体バー４を配設し、前記導体バー４の両端を短絡環で短絡して始動用かご形導体を形成している。短絡環は図示はしないが、回転子鉄心の軸方向の両端に配置された環状の導電性材料よりなり、各々の導体バー４に接続されている。また前記導体バー４の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴５が設けられ、永久磁石６が埋め込まれている。７は永久磁石の異極間の磁束短絡防止用スリットであり、前記磁束短絡防止用スリット７と永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｐを十分狭くすることにより、前記永久磁石埋め込み用穴５と前記磁束短絡防止用スリット７との間を磁気飽和させ、永久磁石による異極間の磁束短絡を防止するように構成されている。
【０００５】
従来、回転子鉄心２の隣り合うスロット４の間の距離Ｔ１は各々の箇所で一定の大きさであった。また、スロット４の径方向長さＨ１も一定であり、回転子鉄心２がこのような形状の場合、回転子磁極の端付近に位置する隣り合うスロットの間の距離Tやスロット３と永久磁石埋め込み用穴５の間の距離Ｙ１は十分広い磁路幅を有しているため、永久磁石６から涌出する磁束は、回転子磁極の端付近の外周面にも他の箇所の外周面とほぼ同程度に流出することになる。その結果、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は、図７に示すように縦軸に磁束密度Ｂｇを表わし横軸に回転子磁極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θを表わした場合に、矩形波となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の自己始動形永久磁石式同期電動機においては、回転子鉄心の全てのスロットの間の距離が一定であり、且つ全てのスロットの径方向長さも一定であるため固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布は矩形波となる。一般に、永久磁石による回転子磁極の強さは、電動機に電圧を印加しない状態で、回転子を外部から回転させたときに固定子の巻線に誘起される電圧の大きさを測定することにより相対的に把握することができる。
【０００７】
ここで固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布の形状と回転子磁極による固定子巻線の誘起電圧との関係を２極の自己始動形永久磁石式電動機を例にとって説明する。
【０００８】
空隙部の磁束密度分布Ｂｇ(θ)が矩形波Ｂｇ1(θ)の場合を図7に、台形波Ｂｇ2(θ)の場合を図８に示す。縦軸は空隙部の磁束密度Ｂｇ、横軸は回転子磁極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θである。図７においてＢｇ1mはＢｇ1(θ)の最大値でありＢｇ1(θ)は式（１）と式（２）で表わされる。
【０００９】
【数１】
0004090630.tif 000002
【００１０】
【数２】
0004090630.tif 000003
【００１１】
図８においてＢｇ2mはＢｇ2(θ)の最大値であり、θ＝０からのＢｇ2(θ)の傾き角度をαとするとＢｇ2(θ)は式（３）、式（４）、式（５）で表わされる。
【００１２】
【数３】
0004090630.tif 000004
【００１３】
【数４】
0004090630.tif 000005
【００１４】
【数５】
0004090630.tif 000006
【００１５】
なお、永久磁石の磁束は回転子内部の磁束短絡は無く全ての磁束が固定子鉄心に流入するものとする。従って空隙部の磁束密度分布の波形の形状に拘わらず固定子に流入する磁束の量は一定であり１極当たりの波形の面積は同じとし式（６）で表わされる。
【００１６】
【数６】
0004090630.tif 000007
【００１７】
固定子巻線は１極に相当する範囲に分布して配置されるが、等価的に１極に相当する回転方向の角度πの幅に集中して配置され巻数をｎと考える。回転子磁極が角速度ωで回転している時の巻線の中を通る磁束量φ(ｔ)は式（７）で表わされる。
【００１８】
【数７】
0004090630.tif 000008
【００１９】
空隙部の磁束密度分布Ｂｇ(θ)が矩形波Ｂｇ1(θ)の場合の磁束量φ1(ｔ)は、式（７）のＢｇ(θ)に式（１）と式（２）のＢｇ1(θ)を代入することにより図９に示すような波形となる。台形波Ｂｇ2(θ)の場合の磁束量φ2(ｔ)は、式（７）のＢｇ(θ)に式（３）と式（４）と式（５）のＢｇ1(θ)を代入することによりを図１０に示すような波形となる。図９と図１０の縦軸は磁束量φで横軸は時間ｔである。
固定子巻線に誘起される誘起電圧波形Ｖ(ｔ)は式（８）で表わされる。
【００２０】
【数８】
0004090630.tif 000009
【００２１】
空隙部の磁束密度分布が矩形波Ｂｇ1(θ)の場合の誘起電圧波形Ｖ1(ｔ)を図１１に、台形波Ｂｇ2(θ)の場合の誘起電圧波形Ｖ2(ｔ)を図１２に示す。図１１と図１２の縦軸は誘起電圧V(ｔ)で横軸は時間ｔである。
【００２２】
誘起電圧Vとは誘起電圧波形の実効値を表わしており、式（９）で表わされる。
【００２３】
【数９】
0004090630.tif 000010
【００２４】
ここで式（８）を式（９）に代入すると誘起電圧Ｖは式（１０）で表わされる。
【００２５】
【数１０】
0004090630.tif 000011
【００２６】
空隙部の磁束密度分布が矩形波Ｂｇ1(θ)の場合の誘起電圧Ｖ1は式（１０）に式（１）と式（２）を代入することにより式（１１）で表わされる。
【００２７】
【数１１】
0004090630.tif 000012
【００２８】
空隙部の磁束密度分布が台形波Ｂｇ2(θ)の場合の誘起電圧Ｖ2は式（１０）に式（３）と式（４）と式（５）を代入することにより式（１２）で表わされる。
【００２９】
【数１２】
0004090630.tif 000013
【００３０】
Ｖ2は図８の角度αの関数であり図１３に示す。α＝π／２のときＶ2は式（１１）と同じ値になり、図１３においてα＝π／２の時は空隙部の磁束密度分布が矩形波の誘起電圧を示しているといえる。図８より空隙部の磁束密度分布が台形波の場合はαがπ／２より小さいことから、図１３より空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合の誘起電圧は台形波の場合の誘起電圧より低いことがわかる。
【００３１】
また、空隙部の磁束密度分布が正弦波近似の場合の誘起電圧は式（９）で同様に表わされ、空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合の誘起電圧は正弦波近似の場合の誘起電圧より低いといえる。従って空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合は、回転子磁極が弱いため脱調トルクが小さくなるとともに、且つ固定子巻線の電流が大きくなり効率が低下することとなる。そこで所要の誘起電圧を得るためには永久磁石を大きくするか、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用する必要があるため、永久磁石のコストが高くなり、電動機のコストも高くなるという課題があった。
【００３２】
本発明は上記の課題を解決するもので、固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を台形波または正弦波近似にすることによって固定子の巻線に誘起される電圧を大きくすることができることにより、永久磁石を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用せずに、高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機を提供することを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する隣り合うスロットの間の距離を、前記回転子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さくしたものである。
【００３４】
このことにより回転子磁極の端付近では、永久磁石の磁束が回転子の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、回転子磁極が強くなるので従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００３５】
また、本発明は永久磁石による回転子磁極の中心から回転方向に位置するスロットの間の距離を反回転方向側に位置するスロットの間の距離に比べて広くしたものである。
【００３６】
このことにより、負荷運転時には固定子の巻線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回転方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子のスロットの間の距離を大きくしたため、その部分の磁気飽和を防ぐことができる。その結果、回転子から磁石による磁束を十分取り出せるので、固定子巻線の電流を抑制でき、電動機の効率を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明はスロットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとともに、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する前記スロットと永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、回転子の他の箇所に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離よりも小さくしたものである。
【００３８】
このことにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、回転子磁極を強くすることができるので、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００３９】
また、本発明は永久磁石が希土類磁石で形成されているものである。希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化することができる。また、永久磁石の保磁力が大きいため、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する隣り合う前記スロットの間の距離を、前記回転子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さくすることにより、回転子磁極の端付近では、永久磁石の磁束が回転子の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができるという作用を有する。
【００４１】
また、請求項１に記載の発明によれば、永久磁石による回転子磁極の中心付近から回転方向に位置する隣り合うスロットの間の距離を、反回転方向側に位置する前記距離よりも大きくしたことにより、負荷運転時には固定子の巻線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回転方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子のスロットの間の距離を大きくしたため、磁気飽和を防ぐことができるという作用を有する。
【００４２】
また、請求項２に記載の発明によれば、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記スロットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとともに、前記永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、前記回転子の他の箇所に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離よりも小さくすることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間に空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができるという作用を有する。
【００４３】
また、請求項２に記載の発明によれば、回転子鉄心のスロットと永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、永久磁石による回転子磁極の端付近から回転子磁極の中心に向けて順次大きくすることにより、固定子巻線のつくる磁界の磁束が、回転子磁極の端部のスロットと永久磁石埋め込み用穴との間では少なく、磁極の中心に近づくにつれて各スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり磁極中心は最も多くなるが、前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の部分の磁気飽和を防ぐことができるという作用を有する。
【００４４】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明に、さらに、永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化することができるという作用を有する。また、永久磁石の保持力が大きいため、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことができるという作用を有する。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明による自己始動形永久磁石式同期電動機の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また固定子は一般的な自己始動形永久磁石式同期電動機と同様の構成であるため固定子についての説明も省略する。
【００４６】
（実施例１）
図１を用いて説明する。図１は本発明の実施例１による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図を示す。図１において、１は回転子、２は回転子鉄心である。回転子鉄心２の外周付近に複数個の導体バー４を配設するためのスロット３を設け、アルミダイカストにより前記導体バー４と回転子鉄心の軸方向の両端の短絡環（図示せず）を一体成形して始動用かご形導体を形成している。また前記導体バー４の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴５を設けて、永久磁石６が埋め込まれている。
【００４７】
ここで図１において２個の平板状の前記永久磁石を山形状に突き合わせて配置することにより１極の回転子磁極を形成しており、回転子全体で４個の前記永久磁石により２極の回転子磁極を形成している。Ｔ２およびＴ３は、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置するスロットの間の距離を示し、Ｔ４は回転子磁極の中心付近に位置するスロットの間の距離を示す。ここで、Ｔ２およびＴ３はＴ４よりも小さく設定されている。
【００４８】
図２は、固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を示している。図２において縦軸は磁束密度Ｂを表わし、横軸は回転子磁極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θを表わす。回転子磁極の端付近では、Ｔ２およびＴ３は、回転子磁極の中心付近のＴ４より小さいため、永久磁石６の磁束が回転子１の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子１の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００４９】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図を示す。図３において、回転子１は矢印の方向に回転している場合を示している。負荷運転時には固定子の巻線による磁束と永久磁石６による磁束との合成磁束は、回転子磁極の中心より反回転方向側に位置するスロットの間８よりも、回転方向側にθ１ずれた位置にあるスロットの間９に多く流れる。スロットの間９の距離Ｔ８をスロットの間８の距離Ｔ９より広くしたことにより、スロットの間９部分の鉄心の磁気飽和を防ぐことができ、さらに良好な電動機特性を得ることができる。
【００５０】
（実施例３）
図４は、本発明の実施例３による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図を示す。図４において、スロット１０は回転子磁極の中心付近に位置するスロットであり、スロット１１および１２は端付近に位置する。スロット１０の径方向長さＨ１０とスロット１１の径方向長さＨ１１とスロット１２の径方向長さＨ１２をそれぞれ異なった寸法とするとともに、スロット１０と永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１０よりも、スロット１１およびスロット１２と前記永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１１、Ｙ１２を小さくすることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００５１】
（実施例４）
図５は、本発明の実施例４による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図を示す。図５において、スロット１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９は、回転子磁極の中心から端に位置するスロットであり、それぞれのスロットと永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１３、Ｙ１４、Ｙ１５、Ｙ１６、Ｙ１７、Ｙ１８、Ｙ１９をＹ１９からＹ１３へ順次大きくなるように設定されている。
【００５２】
また図５の矢印の線は固定子巻線のつくる磁界の磁束が回転子１を通る様子を示している。なお図が繁雑になるため回転子の下半分のみに磁束の流れを表わし、上半分は省略している。図から明らかなように回転子磁極の端部のスロット１９と永久磁石埋め込み用穴との間では固定子からの磁束は少なく、磁極の中心に近づくにつれて各スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり、磁極中心は最も多くの固定子巻線のつくる磁界の磁束が集中している。
【００５３】
しかしながら、スロットと永久磁石埋め込み用穴との距離も回転子磁極の端部から中心に向けて順次大きくなるように設定してあるので、スロットと永久磁石埋め込み用穴との間の鉄心部の磁気飽和を防ぐことができ、良好な電動機特性を確保することができる。
【００５４】
（実施例５）
永久磁石がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石で形成されていることにより、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化することができる。また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石の保磁力が大きいため、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことができる。
【００５５】
なお、上記の全ての実施例においては、２極の例を用いたが、これに限られるものではなく、例えば４極等の他の磁極数を形成するような回転子についても同様である。
【００５６】
また、上記の全ての実施例においては永久磁石が平板状のものを用いたが、これに限られるものではなく、例えば円弧状等他の形状の永久磁石を用いた回転子についても同様の施策を講じることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載の発明によれば、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に複数個の導体バーを配設するためのスロットを有し、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を有し、前記永久磁石埋め込み用穴に永久磁石が埋め込まれた回転子とからなる電動機において、前記回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する隣り合う前記スロットの間の距離を、前記回転子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さくすることにより、回転子磁極の端付近では、永久磁石の磁束が回転子の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００５８】
また請求項１に記載の発明によれば、永久磁石による回転子磁極の中心付近から回転方向側に位置する隣り合うスロットの間の距離を、反回転方向側に位置する前記距離よりも大きくしたことにより、負荷運転時には固定子の巻線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回転子方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子のスロットの間の距離を大きくしたため、前記位置の磁気飽和を防ぐことができるため、永久磁石の磁束を有効に活用することができ、また固定子巻線の電流を少なくすることができることから、さらに良好な電動機特性を得ることができる。
【００５９】
また、請求項２に記載の発明によれば、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記スロットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとともに、前記永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、前記回転子の他の箇所に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴の距離よりも小さくすることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００６０】
また、請求項２に記載の発明によれば、回転子鉄心のスロットと永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、永久磁石による回転子磁極の端付近から回転子磁極の中心に向けて順次大きくすることにより、固定子巻線の作る磁界の磁束が、回転子磁極の端部のスロットと永久磁石埋め込み用穴との間では少なく、磁極の中心に近づくにつれて各スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり磁極中心は最も多くなるが、前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の部分の磁気飽和を防ぐことができるため、永久磁石の磁束を有効に活用することができ、また固定子巻線の電流を少なくすることができることから、さらに良好な電動機特性を得ることができるという作用を有する。
【００６１】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明に、さらに、永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化することができるという作用を有する。また永久磁石の保磁力が大きいため、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による回転子の縦断面図
【図２】固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を示す図
【図３】本発明の一実施の形態による回転子の縦断面図
【図４】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断面図
【図５】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断面図
【図６】従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図
【図７】従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合を示す図
【図８】同磁束密度分布が台形波の場合を示す図
【図９】同磁束密度分布が矩形波の場合、磁束量−時間の関係を示す図
【図１０】同磁束密度分布が台形波の場合、磁束量−時間の関係を示す図
【図１１】同磁束密度分布が矩形波の場合、誘起電圧−時間の関係を示す図
【図１２】同磁束密度分布が台形波の場合、誘起電圧−時間の関係を示す図
【図１３】同磁束密度分布が台形波の場合、誘起電圧−角度αを示す図
【符号の説明】
１  回転子
２  回転子鉄心
３  スロット
４  導体バー
５  永久磁石埋め込み用穴
６  永久磁石
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ８、Ｔ９  スロットの間の距離
Ｈ１、Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２        スロットの径方向長さ
Ｙ１０、Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１３、Ｙ１４、Ｙ１５、Ｙ１６、Ｙ１７、Ｙ１８、Ｙ１９  スロットと永久磁石埋め込み用穴との間の距離
【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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