JPH11146584A

JPH11146584A - 永久磁石同期電動機

Info

Publication number: JPH11146584A
Application number: JP10249231A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Murakami; 浩村上; Yukio Honda; 幸夫本田; Shizuka Yokote; 静横手; Yoshinari Asano; 能成浅野; Yukitoshi Wada; 幸利和田; Hideo Hirose; 秀雄広瀬; Yasuaki Matsushita; 泰明松下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】集中巻方式を採用しながら、ロータ磁石の減
磁耐力の向上を図った永久磁石同期電動機を提供する。【解決手段】集中巻方式のステータ１を有する永久磁
石同期電動機において、ロータ２外周部に配設された永
久磁石６の周方向両端部において、その外周に切除部１
１を形成する等の手段を講じて、永久磁石６の両端部外
周をロータ２外周より径方向内側に入り込ませ、コイル
とロータの磁極が対向するような状態になった状態でス
テータ１の隣接するティース４端部間からロータ２側に
向けて減磁界が発生しても、その減磁界が永久磁石６に
対して作用し難くし、永久磁石６の減磁耐力の向上を図
った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、界磁用の永久磁石
をロータに備えている永久磁石同期電動機に関し、特に
集中巻方式のステータを有する永久磁石同期電動機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高出力の永久磁石同期電動機に
おいては、ステータのティース数を多くして分布巻方式
とすることによって合成起磁力波形を正弦波に近づけ、
またロータの永久磁石には磁束密度が高く、減磁耐力の
大きい希土類磁石を用い、さらにロータの回転位相をセ
ンサにて検出してそのロータ位置に応じて電流位相制御
を行うように構成されている。

【０００３】しかしながら、分布巻方式では巻線工程が
複雑であるために巻線効率が低く、また希土類磁石は高
価で、回転位相を検出するセンサも高価であるため、コ
スト高になるという問題がある。

【０００４】そこで、低価格の永久磁石同期電動機とし
て、図１９（ａ）に示すように、ステータ２１を各ティ
ース毎に分割した分割コア２２（図１９（ｂ）参照）に
て構成し、各分割コア２２のティース２６に絶縁紙２８
を巻付け、その上にコイル線を巻回して集中巻きのコイ
ル２３を構成し、これら集中巻きをした分割コア２２を
環状に組合せ、溶接、かしめ、レーザ溶接などで固着し
て集中巻きしたステータ２１を構成し、ロータ２４の永
久磁石２５には安価なフェライト磁石を用い、電流位相
制御は駆動電流を流さない中立コイルに発生する誘導電
圧のゼロクロス点を検出して１２０°通電矩形波制御を
行うようなものが考えられた。

【０００５】このような永久磁石同期電動機において
は、等間隔に配置した３ｎ個（ｎ個は自然数）のステー
タ２１のティースを３相Ｙ接続しており、このステータ
２１に対向させて２ｎの極の永久磁石界磁を配置してい
る。このように集中巻方式のｎ極永久磁石同期電動機は
３ｎ個のティースに対して２ｎ極の永久磁石界磁を配す
ることが好適である。

【０００６】図１９の例では、ロータ２４の極数は８極
（２ｎ、ｎ＝４）、ステータのティース数は１２（３
ｎ、ｎ＝４）とされ、各ティースに順次ｕ₁ 、ｖ₁ 、ｗ
₁ 、ｕ₂ 、・・・・ｖ₄ 、ｗ₄ のコイルが巻回されてい
る。そして、各コイルが図２０（ａ）のようにＵ相、Ｖ
相、Ｗ相に直列に、または図２０（ｂ）に示すように並
列に接続されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般の永久
磁石同期電動機においては、ティース間での漏洩磁束を
少なくするため、図２１に示すように、ティース２６、
２６間の間隔をＬａ、ステータ２１とロータ２４間のエ
アギャップをＬｇとして、Ｌａ＞略２Ｌｇに設定されて
おり、またロータ２４の永久磁石２５は周方向両端まで
一様な厚さでその端面が近接して対向されているが、上
記のような低価格な構成の永久磁石同期電動機において
同様に構成すると、以下のような理由によって永久磁石
の局部減磁が発生して、所要のモータ出力が得られなく
なるという問題のあることが判明した。

【０００８】すなわち、集中巻方式であるために隣接す
るティースが異極となってインダクタンスが大きくな
り、減磁界がロータにかかり易くなる。特にセンサレス
駆動を行っている場合、起動時や脱調時には減磁界がロ
ータの永久磁石にかかり易くなる。すなわち、図２２に
示すように、ステータコイル２３による発生磁極とロー
タ２４の永久磁石２５の磁極が対向するような状態が発
生し、コイル２３による発生磁界の一部が永久磁石２５
に対する減磁界２７として永久磁石２５側に入り込み、
特に永久磁石２５がフェライト磁石の場合には減磁界２
７によって降伏状態となってしまい、減磁することにな
る。

【０００９】従来から集中巻方式の電動機は多数ある
が、ティース間隔が非常に狭く、隣合うティースの極性
が逆になった場合には、永久磁石に減磁界がかかり易
く、フェライトのような保磁力の小さい永久磁石を使用
すると減磁耐力が弱くなる。特に、センサレス駆動を行
う場合には起動時や脱調時に逆磁界がかかる可能性が高
く、簡単に減磁してしまうという問題があった。

【００１０】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、集中
巻方式を採用しながら、ロータにおける永久磁石の減磁
耐力を向上させた永久磁石同期電動機を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の永久磁石同期電
動機は、集中巻方式のステータを有する永久磁石同期電
動機において、ロータ外周部に配設された永久磁石の周
方向両端部における外周を、ロータ外周より径方向内側
に入り込んだ凹入形状に形成したものであり、永久磁石
の両端部外周がロータ外周より径方向内側に入り込んで
いるので、コイルとロータの磁極が対向するような状態
になった場合にステータの隣接するティース端部間から
ロータ側に向けて減磁界が発生しても、その減磁界が永
久磁石を通らないようにできて減磁界が作用し難くな
り、ロータ磁石の減磁耐力の向上を図ることができる。

【００１２】上記凹入形状部分のロータ中心からの開き
角をＡｍ、ステータのティースの開き角をＡｓとして、
Ａｍを（１／１０）Ａｓより大きくすることで上記効果
を発揮でき、またＡｍを（１／４）Ａｓより小さくする
ことにより永久磁石の発生磁束が利用率低下でモータ出
力が低下したり、コギングトルクが大きくなったりする
のを抑制できる。

【００１３】また、永久磁石のロータ径方向内側面を平
面とし、永久磁石の周方向中央部の厚さを大きくするこ
とにより、永久磁石の中央部の減磁耐力をさらに向上す
ることができる。

【００１４】また、ロータがロータコアの外周に永久磁
石を取付けた表面取付型の場合、永久磁石の周方向両端
部を切除した切除部にて凹入形状部を形成することによ
り、減磁耐力が大きく、かつモータ出力が低下せず、コ
ギングトルクを抑制できる構成を簡単な加工で実現する
ことができる。

【００１５】また、ロータがロータコアの外周部に永久
磁石を埋め込んだ埋め込み型の場合、ロータコアにおけ
る永久磁石の周方向両端部に対応する外周部に切欠部や
スリットを形成することにより、漏れ磁束が強磁性体か
ら成るロータコアの凹入形状部に対応する部分を通って
短絡されるのをこれら切欠部やスリットにて防止してモ
ータ効率の低下を確実に防止できる。

【００１６】また、ロータが曲率中心がロータの径方向
外側に位置する逆円弧形状の永久磁石をロータコアの外
周部に埋め込んだ埋め込み型の場合においても、永久磁
石のロータ外周に臨む端部をロータ外径より径方向内側
に位置させるとともにロータコアのこの端部に対応する
部分に切欠部又はスリットを形成することにより、上記
と同様の効果が発揮される。

【００１７】その際、永久磁石の端部とロータコア外周
径との間の距離をＱ、ステータとロータの間のエアギャ
ップをＬｇとして、ＱをＬｇより大きくすることにより
上記効果が確実に得られ、Ｑを３Ｌｇより小さくするこ
とにより、永久磁石による磁界が弱くなってモータ出力
が低下したり、磁界の急変によりコギングトルクが大き
くなるのを防止できる。また、切欠部又はスリットの１
つの永久磁石の端部に対応する部分の幅のロータ中心か
らの開き角をＡｍ、ステータのティースの開き角をＡｓ
として、Ａｍを（１／１０）Ａｓより大きくすることに
より上記効果が確実に得られ、Ａｍを（１／４）Ａｓよ
り小さくすることによりモータ出力が低下したり、コギ
ングトルクが大きくなったりするのを防止できる。

【００１８】また、センサレス駆動の電動機に適用する
と、一般にセンサレス駆動の場合は減磁し易いので、特
に大きな効果を発揮する。また、以上の永久磁石同期電
動機をエアコンや電気冷蔵庫用のコンプレッサの駆動モ
ータに適用することにより、それらの低コスト化を図れ
て特に大きな効果が得られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態について、図１、図２を参照して説明
する。

【００２０】図１において、１はステータ、２はロータ
であり、ステータ１はスロット数に対応する数の分割コ
ア３にて構成され、各分割コア３のティース４にコイル
（図示せず）が各々独立して巻回され、集中巻方式が採
用されている。ロータ２は珪素鋼板を積層して成るロー
タコア５の外周に複数のフェライト磁石から成る永久磁
石６を固着して構成され、その軸芯部に貫通固着された
回転軸（図示せず）が軸受にて回転自在に支持されてい
る。ロータ２の外周には、ステンレス製の薄板円筒７が
外嵌され、又は補強テープが巻回されて遠心力に対して
必要な強度が確保されている。

【００２１】図示例では極対数ｎが４であり、ロータ２
には８つ（２ｎ）の永久磁石６が配設され、ステータ１
は１２個（３ｎ）の分割コア３にて構成されている。ス
テータ１のコイルに対する電流制御は、駆動電流を流さ
ない中立コイルに発生する誘導電圧のゼロクロス点を検
出して１２０°通電矩形波制御を行うように構成されて
いる。

【００２２】そして、図１（ｂ）に示すように、ステー
タ１のティース４、４間の間隔をＬａ、ステータ１とロ
ータ２間のエアギャップ８の大きさをＬｇとして、０．
３Ｌｇ＜Ｌａ≦２．０Ｌｇに設定されている。好適な具
体数値例を示すと、Ｌｇが０．４〜０．６ｍｍに設定さ
れるのに対して、Ｌａは０．４〜０．３ｍｍに設定され
ている。

【００２３】以上の構成において、隣接するティース
４、４の端部間の間隔Ｌａをエアギャップ８の大きさＬ
ｇの２．０倍以下にしているので、漏れ磁束が隣接する
ティース４側に流れてロータ２側に流れるのを抑制で
き、ステータ１のコイルとロータ２の磁極が対向するよ
うな状態になった場合でもロータ２の永久磁石６に対し
て減磁界が作用し難くなり、ロータ２における永久磁石
６の減磁耐力の向上を図ることができる。

【００２４】図２に、Ｌａ／Ｌｇと減磁率との関係を示
す。従来はＬａ／Ｌｇが２より大きく設定されており、
その場合減磁率が１．５％以上になって出力確保が困難
であったのに対して、Ｌａ／Ｌｇを２．０以下に設定す
ることにより減磁率が１．５％より小さくなり、実用的
に必要とされる減磁率を確保することができる。また、
Ｌａを０．３Ｌｇより大きくしているので、ティース
４、４間での漏れ磁束が大きくなり過ぎるというような
ことはなく、かつ分割コア３の成形誤差によってティー
ス端縁同士が干渉してステータ１を精度良く組立てるこ
とができないというようなこともない。

【００２５】また、ロータ２の永久磁石６がフェライト
磁石から成っているので、希土類磁石に比して安価に構
成でき、しかも減磁し易いという性質があっても上記の
ように減磁耐力を向上できる。また、ステータ１を分割
コア３にて構成すると、各分割コア３毎に独立して効率
的に巻線してステータ１を組み立てることができ、ステ
ータ１の生産性が著しく向上し、大幅にコスト低下を図
ることができる。

【００２６】（第２の実施形態）次に、本発明の永久磁
石同期電動機の第２の実施形態を図３、図４を参照して
説明する。なお、上記第１の実施形態と同一の構成要素
については説明を省略し、相違点のみを説明する。以下
の実施形態についても同様である。

【００２７】図３において、ステータ１のティース４、
４間の間隔をＬａ、ステータ１のティース４の端部厚み
をＬｂ、ステータ１とロータ２間のエアギャップ８の大
きさをＬｇとして、０．３Ｌｇ＜Ｌａ≦２．０Ｌｇ、２
Ｌｇ＜Ｌｂ＜５Ｌｇに設定している。

【００２８】このように、上記第１の実施形態に加え
て、ステータ１のティース４の端部厚みＬｂを、ステー
タ１とロータ２間のエアギャップＬｇの２倍より大きく
することにより、減磁磁束がロータ側に流れるのを一層
抑制することができ、減磁耐力を向上することができ
る。また、Ｌｂを５Ｌｇより小さくしているので、ティ
ース４、４間で短絡する漏れ磁束が大きくなり過ぎてモ
ータ出力が低下するというようなこともない。

【００２９】図４（ａ）、（ｂ）にＬａ／Ｌｇが１の場
合のＬｂ／Ｌｇと減磁率及びトルク比を示す。図４
（ａ）に示すようにＬｂ／Ｌｇが大きい程減磁率が小さ
くなるが、大きくすると図４（ｂ）に示すように漏れ磁
束が増えてトルクが減少する。そこで、Ｌｂ／Ｌｇを２
より大きくすることにより減磁率を低くし、かつＬｂ／
Ｌｇを５より小さくすることによりトルク低下を防止す
ることができる。

【００３０】なお、ステータ１のティース４の端部厚み
Ｌｂを上記のように厚くするだけでも効果が発揮され
る。

【００３１】（第３の実施形態）次に、本発明の永久磁
石同期電動機の第３の実施形態を図５を参照して説明す
る。

【００３２】図５において、上記図３に示した第２の実
施形態の構成に付加して、ステータ１の隣接するティー
ス４、４の対向する両端部において、ロータ２側の側縁
部に切除部９を設けている（ティース４の端とロータ２
間の間隔をＬｃで示す。）。

【００３３】ステータ１のティース４の一方の端部、す
なわち隣接するティース４、４の対向端部の内、ロータ
２の回転方向下手側の端部のみに切除部９を設けてもよ
い。

【００３４】このように切除部９を設けることによっ
て、ティース４の端部におけるエアギャップを大きくで
きて減磁磁束がロータ側に流れるのを抑制でき、同様の
作用が得られる。

【００３５】さらに、本実施形態では、ロータ２側の側
縁部を切除したティース４の端部において、ロータ側と
は反対側の側縁部を突出させ、ティース４の端部厚みを
確保している。これによって、さらに漏れ磁束がロータ
側に流れるのを抑制でき、減磁耐力をより向上すること
ができる。

【００３６】なお、ステータ１のティース４の端部に切
除部９を設けるだけでも、効果が発揮される。

【００３７】（第４の実施形態）次に、本発明の永久磁
石同期電動機の第４の実施形態を図６、図７を参照して
説明する。上記第１〜第３の実施形態では、ステータ１
のティース４の形状の工夫によって減磁磁束がロータ２
側に流れるのを抑制した例を示したが、以下の実施形態
ではロータ２側を通る減磁磁束が永久磁石６を通らない
ようにして減磁耐力の向上を図ったものである。

【００３８】図６において、各永久磁石６の周方向両端
外周部に切除部１１が形成されている。この切除部１１
の形成範囲は、図６（ｂ）に示すように、ロータ中心で
の開き角Ａｍが、ステータ１のティース４の開き角Ａｓ
に対して、（１／１０）Ａｓ＜Ａｍ＜（１／４）Ａｓに
設定されている。

【００３９】このように、永久磁石６の両端部に切除部
１１を設けることにより、図７に示すように、隣接する
ティース４の端部間にロータ２側に向けて突出する減磁
界１２が発生しても、その減磁界１２が切除部１１を通
ることになるため、永久磁石６を減磁させるように作用
せず、永久磁石６の減磁耐力の向上を図ることができ
る。ここで、Ａｍが（１／１０）Ａｓより小さいと、上
記効果が有効に得られず、Ａｍが（１／４）Ａｓより大
きくなると、モータ出力が低下したり、コギングトルク
が大きくなったりする。

【００４０】（第５の実施形態）次に、本発明の永久磁
石同期電動機の第５の実施形態を図８を参照して説明す
る。第４の実施形態では、永久磁石６のロータ径方向内
側面がロータ２の軸心を中心とする円弧面で、永久磁石
６の厚さが一定のものを示したが、本実施形態での永久
磁石６の径方向内側面を平面１３にて構成している。本
実施形態によれば、永久磁石６の周方向中央部の厚みが
大きくなるので、中央部での減磁耐力が向上する。

【００４１】（第６の実施形態）次に、本発明の永久磁
石同期電動機の第６の実施形態を図９を参照して説明す
る。上記第４、第５の実施形態ではロータコア５の外周
面に永久磁石６を取付けてロータ２を構成したものを例
示したが、本実施形態を含めて以下の実施形態では、永
久磁石６をロータコア５に埋め込んで配置している。

【００４２】図９（ａ）〜（ｃ）において、周方向両端
外周部に切除部１１が形成された永久磁石６がロータコ
ア５の外周部に埋め込み配置され、さらに図９（ｄ）に
詳細に示すように、ロータコア５の外周縁部の切除部１
１に対応する部分に切欠部１４が凹入形成されている。
図９（ａ）は永久磁石６のロータ径方向内側面がロータ
中心を中心とする円弧面で、永久磁石６の全体的な厚み
が一定のものを示す。

【００４３】図９（ｂ）では永久磁石６は径方向内側面
が平面１３から成っており、永久磁石６の周方向中央部
の厚みが大きくなっているものを示す。図９（ｃ）では
極数が４極のロータ２の例を示し、永久磁石６のロータ
径方向内側面はロータ中心を中心とする円弧面である
が、永久磁石６のロータ径方向外側面はロータ中心から
径方向外方に偏芯した位置を中心とする突出形円弧面１
５にて形成してその両側部が径方向に内側に入り込むよ
うに構成し、その両側部が切除部１１と同様に機能する
ようにしている。

【００４４】本実施形態においては、永久磁石６の両端
部に切除部１１又は同様に機能する部分を形成している
ので、上記第４、第５の実施形態と同様の効果を奏す
る。また、埋め込み型であるためにロータコア５の外周
を円形のままにすると、切除部１１又はそれと同様に機
能する部分の外周部にロータコア５の強磁性体が存在す
るため、漏れ磁束がこの部分を通って磁気回路が短絡さ
れることになるが、本実施形態では切欠部１４を設けて
いるので、漏れ磁束の短絡を防止してモータ効率の低下
を確実に防止できる。

【００４５】（第７の実施形態）次に、本発明の永久磁
石同期電動機の第７の実施形態を図１０〜図１２を参照
して説明する。上記第６の実施形態ではロータコア５の
外周部における切除部１１に対応する部分に切欠部１４
を形成した例を示したが、本実施形態では図１０（ａ）
〜（ｃ）において、ロータコア５の外周は円筒面とし、
図１０（ｄ）に詳細に示すように、切除部１１に対応す
る部分にスリット１６を形成している。このスリット１
６の内部は空気でもよいが、ロータ２の強度を確保する
ために樹脂や非磁性体の金属等を充填してもよい。

【００４６】図１０（ａ）は永久磁石６のロータ径方向
内側面がロータ中心を中心とする円弧面で、永久磁石６
の全体的な厚みが一定のものを示す。図１０（ｂ）では
永久磁石６の径方向内側面が平面１３から成って永久磁
石６の周方向中央部の厚みが大きくなっているものを示
す。図１０（ｃ）では極数が４極のロータ２の例を示
し、永久磁石６のロータ径方向外側面をロータ中心から
径方向外方に偏芯した位置を中心とする突出形円弧面１
５にて形成してその両側部が径方向に内側に入り込むよ
うに構成し、その両側部が切除部１１と同様に機能する
ようにしている。

【００４７】図１１では、図１０（ｃ）の永久磁石６の
径方向内側面を外周面の突出型円弧面１５と同一中心の
突出形円弧面１７にて構成したものを示している。

【００４８】本実施形態において、スリット１６の開き
角Ａｍは、図１２に示すように、ステータ１のティース
４の開き角Ａｓに対して、（１／１０）Ａｓ＜Ａｍ＜
（１／４）Ａｓに設定されている。また、スリット１６
の存在しない範囲の開き角がステータの開き角Ａｓとほ
ぼ等しく、（１．０〜１．４）Ａｓとなるように設定さ
れている。

【００４９】本実施形態においても、切欠部１４がスリ
ット１６に代わっただけで、図９の第６実施形態と同様
の作用効果を奏する。また、そのスリット１６の開き角
Ａｍが（１／１０）Ａｓより小さいと、上記効果が有効
に得られず、Ａｍが（１／４）Ａｓより大きくなると、
モータ出力が低下したり、コギングトルクが大きくなっ
たりする。

【００５０】（第８の実施形態）次に、本発明の永久磁
石同期電動機の第８の実施形態を図１３〜図１５を参照
して説明する。本実施形態では、図１３に示すように、
ロータ２に埋め込む永久磁石６として、曲率中心がロー
タ２の径方向外側に位置する逆円弧形状の永久磁石１８
を用いている。そして、永久磁石１８のロータ２の外周
部に臨む端部をロータ外径より適当距離径方向内側に位
置させるとともに、ロータコア５のこの端部に対向する
部分にスリット１６を形成している。

【００５１】また、図１４に示すように、永久磁石１８
の端部とロータコア５外周径との間の距離をＱ、ステー
タ１とロータ２の間のエアギャップ８の大きさをＬｇと
して、Ｌｇ＜Ｑ＜３Ｌｇに設定している。ＱがＬｇより
小さいと、減磁束が永久磁石１８に入り込むのを防止す
る効果が十分に得られず、Ｑが３Ｌｇより多くなると、
永久磁石１８による磁界が弱くなってモータ出力が低下
したり、磁界が急変するためコギングトルクが大きくな
る。また、スリット１６の１つの永久磁石１８の端部に
対応する部分の幅のロータ中心からの開き角をＡｍ、ス
テータ１のティース４の開き角をＡｓとして、（１／１
０）Ａｓ＜Ａｍ＜（１／４）Ａｓに設定している。この
場合も、開き角Ａｍが（１／１０）Ａｓより小さいと、
上記効果が有効に得られず、Ａｍが（１／４）Ａｓより
大きくなると、モータ出力が低下したり、コギングトル
クが大きくなったりする。

【００５２】また、図１３、図１４の例ではロータコア
５の外周部にスリット６を形成した例を示したが、図１
５に示すようにスリット６に代えて切欠部１９を形成し
ても良く、その場合の切欠部１９の大きさは上記と同様
に設定される。

【００５３】上記実施形態以外のその他の永久磁石埋め
込み型ロータの実施形態を図１６に示す。図１６
（ａ）、（ｂ）は上記第８の実施形態のスリット１６の
形成幅（開き角）と形状の異なったものである。図１６
（ｃ）は永久磁石６が板状磁石６ａにて構成されたもの
である。図１６（ｄ）は永久磁石６が径方向に並列配置
した多重の逆円弧状永久磁石１８ａ、１８ｂにて構成し
たものであり、スリット１６はそれぞれの逆円弧状永久
磁石１８ａ、１８ｂの端部に形成されている。図１６
（ｅ）は永久磁石６が径方向内側から外側に向けてハ字
状の配置した一対の板状磁石６ｂにて構成したものであ
る。また、図１６（ｆ）は永久磁石６として逆円弧状永
久磁石１８を用いたものにおいて、ロータコア５を各永
久磁石１８をその外周に配置固定する断面形状星形のロ
ータコア本体５ａと、ロータコア本体５ａとの間で永久
磁石１８を挟持するロータコアキャップ５ｂとから成
り、その外周に薄肉円筒７を外嵌して遠心力に対する強
度を確保するようにしている。そして、ロータコア本体
５ａとロータコアキャップ５ｂの端部間と薄肉円筒７の
間にスリット１６が形成されている。

【００５４】（第９の実施形態）次に、本発明の永久磁
石同期電動機の第９の実施形態を図１７、１８を参照し
て説明する。本実施形態では、図１７の（ａ）に示すよ
うに、ロータ２の各極に埋め込む永久磁石６として、曲
率中心がロータ２の径方向外側に位置する逆円弧形状の
２層の永久磁石６ａ、６ｂを用いている。外周側の永久
磁石６ａの内外周辺および内周側の永久磁石６ｂの内外
周辺は同心の円周線上に位置している。又両永久磁石６
ａ、６ｂの両端辺はロータ２の外周に沿い、かつこれに
接近した位置にある。

【００５５】また図１７の（ｂ）に示すように、外周側
の永久磁石６ａの幅Ｌ₁は、内周側の永久磁石６ｂの幅
Ｌ₂より大に形成されている。幅Ｌ₁が大で減磁耐力の
大きな方の永久磁石６ａを、ティース４に近く減磁界の
影響を大きく受けるロータ２の外周側に配する一方、幅
Ｌ₂が小で減磁耐力の小さな方の永久磁石６ｂを、ティ
ース４から離れて減磁界の影響を受けることの少ないロ
ータ２の内周側に配することで、２層の永久磁石６ａ、
６ｂからなる永久磁石６全体としての減磁耐力を高めて
いる。また、ロータ２の内周側に配した永久磁石６ｂ
は、その円弧長を大きくとることができるので、マグネ
ットトルクを向上させるのに寄与している。図１８
は、前記幅Ｌ₁、Ｌ₂を種々の割合いに設定したときの
減磁耐力を示したもので、Ｌ₁／（Ｌ₁＋Ｌ₂）が０．
５５〜０．７５の範囲にあるとき、良好な減磁耐力を示
すことが判明した。なお図１８はＬ₁＝Ｌ₂としたとき
の減磁耐力を１として、これとの比率で減磁耐力を示し
ている。

【００５６】第９の実施形態において、図示するもの
は、逆円弧形状の２層の永久磁石６ａ、６ｂで永久磁石
６を構成したものであるが、これに限定されず中央部が
ロータ中心側に突出し、両端部がロータ外周に接近する
位置まで延びる複数層の帯状の永久磁石によってロータ
２の各極の永久磁石を構成することができ、その際ロー
タ２の外周側に埋め込まれた永久磁石からその内周側に
埋め込まれた永久磁石に向かうにしたがって、順次その
幅が減小するように構成されていればよい。

【００５７】なお、図１７において、１はステータ、３
は分割コア、５はロータコアで、これらは第１の実施形
態で説明したものと同様に構成されている。

【００５８】なお、上記実施形態ではセンサレス駆動の
永久磁石同期電動機の場合について説明したが、センサ
ー式のものでも実施することができ、その場合も同様に
減磁を抑えることができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明の永久磁石同期電動機によれば、
以上の説明から明らかなように、集中巻方式のステータ
を有するセンサレスで電流位相制御を行うように構成し
た永久磁石同期電動機において、ロータ外周部に配設さ
れた永久磁石の周方向両端部における外周を、ロータ外
周より径方向内側に入り込んだ凹入形状に形成したの
で、コイルとロータの磁極が対向するような状態になっ
た場合にステータの隣接するティース端部間からロータ
側に向けて減磁界が発生しても、永久磁石に対して減磁
界が作用し難いためロータ磁石の減磁耐力の向上を図る
ことができる。

【００６０】その際に、凹入形状部分のロータ中心から
の開き角をＡｍ、ステータのティースの開き角をＡｓと
して、Ａｍを（１／１０）Ａｓより大きくすることで上
記効果を発揮でき、またＡｍを（１／４）Ａｓより小さ
くすることにより永久磁石の発生磁束が利用率低下でモ
ータ出力が低下したり、コギングトルクが大きくなった
りするのを抑制できる。

【００６１】また、永久磁石のロータ径方向内側面を平
面とし、永久磁石の周方向中央部の厚さを大きくするこ
とにより、永久磁石の中央部の減磁耐力をさらに向上す
ることができる。

【００６２】また、ロータがロータコアの外周に永久磁
石を取付けた表面取付型の場合、永久磁石の周方向両端
部を切除した切除部にて凹入形状部を形成することによ
り、減磁耐力が大きく、かつモータ出力が低下せず、コ
ギングトルクを抑制できる構成を簡単な加工で実現する
ことができる。

【００６３】また、ロータがロータコアの外周部に永久
磁石を埋め込んだ埋め込み型の場合、ロータコアにおけ
る永久磁石の周方向両端部に対応する外周部に切欠部や
スリットを形成することにより、漏れ磁束が強磁性体か
ら成るロータコアの凹入形状部に対応する部分を通って
短絡されるのをこれら切欠部やスリットにて防止できて
モータ効率の低下を確実に防止できる。

【００６４】また、ロータが曲率中心がロータの径方向
外側に位置する逆円弧形状の永久磁石をロータコアの外
周部に埋め込んだ埋め込み型の場合においても、永久磁
石のロータ外周に臨む端部をロータ外径より径方向内側
に位置させるとともにロータコアのこの端部に対応する
部分に切欠部又はスリットを形成することにより、上記
と同様の効果が発揮される。

【００６５】その際、永久磁石の端部とロータコア外周
径との間の距離をＱ、ステータとロータの間のエアギャ
ップをＬｇとして、ＱをＬｇより大きくすることにより
上記効果が確実に得られ、Ｑを３Ｌｇより小さくするこ
とにより、永久磁石による磁界が弱くなってモータ出力
が低下したり、磁界の急変によりコギングトルクが大き
くなるのを防止できる。また、切欠部又はスリットの１
つの永久磁石の端部に対応する部分の幅のロータ中心か
らの開き角をＡｍ、ステータのティースの開き角をＡｓ
として、Ａｍを（１／１０）Ａｓより大きくすることに
より上記効果が確実に得られ、Ａｍを（１／４）Ａｓよ
り小さくすることによりモータ出力が低下したり、コギ
ングトルクが大きくなったりするのを防止できる。

【００６６】またロータとして、中央部がロータ中心側
に突出し両端部がロータ外周に接近する位置まで延びる
複数層の帯状の永久磁石を埋め込んだ埋め込み型のもの
を用いる場合、ロータの外周側に埋め込まれた永久磁石
からその内周側に埋め込まれた永久磁石に向かうにした
がって、順次その幅が減小するように各永久磁石を構成
することによって、永久磁石の減磁耐力を向上させるこ
とができる。

【００６７】また、センサレス駆動の電動機に適用する
と、安価な構成でありながら減磁耐力を高めることがで
きるので、特に大きな効果を発揮する。また、以上の永
久磁石同期電動機をエアコンや電気冷蔵庫用のコンプレ
ッサの駆動モータに適用することにより、それらの低コ
スト化を図れて特に大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の永久磁石同期電動機の第１の実施形態
を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は要部の拡大断面図で
ある。

【図２】同実施形態におけるスリット間隔とステータ・
ロータ間のエアギャップの比と減磁率の関係を示すグラ
フである。

【図３】本発明の永久磁石同期電動機の第２の実施形態
の要部の拡大断面図である。

【図４】同実施形態におけるティース端部の厚さとステ
ータ・ロータ間のエアギャップの比と減磁率の関係及び
同比とトルク比の関係を示すグラフである。

【図５】本発明の永久磁石同期電動機の第３の実施形態
の要部の拡大断面図である。

【図６】本発明の永久磁石同期電動機の第４の実施形態
を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は要部の拡大断面図で
ある。

【図７】同実施形態の作用説明図である。

【図８】本発明の永久磁石同期電動機の第５の実施形態
の断面図である。

【図９】本発明の永久磁石同期電動機の第６の実施形態
を示し、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ各変形例の断面図、
（ｄ）は（ａ）の要部の拡大断面図である。

【図１０】本発明の永久磁石同期電動機の第７の実施形
態を示し、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ各変形例の断面
図、（ｄ）は（ａ）の要部の拡大断面図である。

【図１１】同実施形態における図１０（ｃ）の変形例の
部分拡大断面図である。

【図１２】同実施形態における作用説明図である。

【図１３】本発明の永久磁石同期電動機の第８の実施形
態の断面図である。

【図１４】同実施形態における作用説明図である。

【図１５】同実施形態における変形例の作用説明図であ
る。

【図１６】本発明の上記実施形態以外の各種実施形態の
断面図である。

【図１７】本発明の永久磁石同期電動機の第９の実施形
態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は要部の拡大断面図
である。

【図１８】同実施形態における２層の永久磁石間の幅の
割合いと減磁耐力との関係を示すグラフである。

【図１９】従来例の永久磁石同期電動機の構成を示し、
（ａ）はその断面図、（ｂ）はその分割コアの斜視図で
ある。

【図２０】従来例におけるコイル結線図である。

【図２１】従来例における要部の拡大断面図である。

【図２２】従来例における減磁作用の説明図である。

【符号の説明】

１ステータ２ロータ４ティース５ロータコア６永久磁石６ａ永久磁石６ｂ永久磁石８エアギャップ１１切除部１３平面１４切欠部１５突出形円弧面１６スリット１８逆円弧状永久磁石１９切欠部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅野能成大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者和田幸利大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者広瀬秀雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者松下泰明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集中巻方式のステータを有する永久磁石
同期電動機において、ロータ外周部に配設された永久磁
石の周方向両端部における外周を、ロータ外周より径方
向内側に入り込んだ凹入形状に形成したことを特徴とす
る永久磁石同期電動機。
【請求項２】凹入形状部分のロータ中心からの開き角
をＡｍ、ステータのティースの開き角をＡｓとして、
（１／１０）Ａｓ＜Ａｍ＜（１／４）Ａｓとしたことを
特徴とする請求項１記載の永久磁石同期電動機。
【請求項３】永久磁石のロータ径方向内側面を平面と
し、永久磁石の周方向中央部の厚さを大きくしたことを
特徴とする請求項１記載の永久磁石同期電動機。
【請求項４】ロータはロータコアの外周に永久磁石を
取付けた表面取付型で、永久磁石の周方向両端部を切除
した切除部にて凹入形状部が形成されていることを特徴
とする請求項１記載の永久磁石同期電動機。
【請求項５】ロータはロータコアの外周部に永久磁石
を埋め込んだ埋め込み型で、ロータコアにおける永久磁
石の周方向両端部に対応する外周部に切欠部を形成した
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石同期電動機。
【請求項６】ロータはロータコアの外周部に永久磁石
を埋め込んだ埋め込み型で、ロータコアにおける永久磁
石の周方向両端部に対応する外周部にスリットを形成し
たことを特徴とする請求項１記載の永久磁石同期電動
機。
【請求項７】集中巻方式のステータを有する永久磁石
同期電動機において、ロータは曲率中心がロータの径方
向外側に位置する逆円弧形状の永久磁石をロータコアの
外周部に埋め込んだ埋め込み型で、永久磁石のロータ外
周に臨む端部はロータ外径より径方向内側に位置すると
ともにロータコアのこの端部に対応する部分に切欠部を
形成したことを特徴とする永久磁石同期電動機。
【請求項８】集中巻方式のステータを有する永久磁石
同期電動機において、ロータは曲率中心がロータの径方
向外側に位置する逆円弧形状の永久磁石をロータコアの
外周部に埋め込んだ埋め込み型で、永久磁石のロータ外
周に臨む端部はロータ外径より径方向内側に位置すると
ともにロータコアのこの端部に対応する部分にスリット
を形成したことを特徴とする永久磁石同期電動機。
【請求項９】永久磁石の端部とロータコア外周径との
間の距離をＱ、ステータとロータの間のエアギャップを
Ｌｇとして、Ｌｇ＜Ｑ＜３Ｌｇとしたことを特徴とする
請求項７又は８記載の永久磁石同期電動機。
【請求項１０】切欠部又はスリットの１つの永久磁石
の端部に対応する部分の幅のロータ中心からの開き角を
Ａｍ、ステータのティースの開き角をＡｓとして、（１
／１０）Ａｓ＜Ａｍ＜（１／４）Ａｓとしたことを特徴
とする請求項７又は８記載の永久磁石同期電動機。
【請求項１１】集中巻方式のステータを有する永久磁
石同期電動機において、ロータは中央部がロータ中心側
に突出し両端部がロータ外周に接近する位置まで延びる
複数層の帯状の永久磁石を埋め込んだ埋め込み型で、ロ
ータの外周側に埋め込まれた永久磁石からその内周側に
埋め込まれた永久磁石に向かうにしたがって、順次その
幅が減小するように各永久磁石を構成したことを特徴と
する永久磁石同期電動機。
【請求項１２】２層の帯状の永久磁石がロータに埋め
込まれ、外周側の永久磁石の幅をＬ₁、内周側の永久磁
石の幅をＬ₂として、Ｌ₁／（Ｌ₁＋Ｌ₂）が０．５５
〜０．７５の範囲にある請求項１１記載の永久磁石同期
電動機。
【請求項１３】永久磁石が逆円弧形状のものである請
求項１１又は１２記載の永久磁石同期電動機。
【請求項１４】センサレスで駆動するように構成され
ていることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載
の永久磁石同期電動機。
【請求項１５】請求項１〜１４の何れかに記載の永久
磁石同期電動機にて駆動されるように構成されたエアコ
ンや電気冷蔵庫用のコンプレッサ。