專利名稱：永磁式旋轉(zhuǎn)機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁式旋轉(zhuǎn)機械，特別涉及具有在磁鐵插入孔中插入了永久 磁鐵的轉(zhuǎn)子的永磁式旋轉(zhuǎn)機械。
背景技術(shù)：
對空調(diào)機(空調(diào)裝置)或電冰箱等的壓縮機進行驅(qū)動的電動機、對車輛 或者車載裝置等進行驅(qū)動的電動機等，可以采用具有在磁鐵插入孔中插入了
永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的永磁式電動機(所謂"永久磁鐵埋入式電動機"(Interior Permanent Motor: IPM Motor))。
永久磁鐵埋入式電動機具備有齒的定子、經(jīng)由齒的齒頂面隔間隙可旋 轉(zhuǎn)地配置的轉(zhuǎn)子。在轉(zhuǎn)子上，從垂直軸向的剖面看，周向交替配置主磁極部 和輔助磁極部。在主磁極部上配置有能夠插入永久磁鐵的磁鐵插入孔。
永久磁鐵埋入式電動機的輸出轉(zhuǎn)矩T由下式表示。
T二p[小 Iq+(Ld—Lq)Id Iq]
這里，p為極對數(shù)，小為磁通量，Id為d軸電流，Iq為q軸電流，Ld為 d李由電感，Lq為q軸電感。
由該式可知，永久磁鐵埋入式電動機能夠利用由磁通量小產(chǎn)生的磁轉(zhuǎn)矩 和由電感差(Ld—Lq)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩這兩者。由此能夠以較小電流進行驅(qū) 動，因此效率較高。
近年來，作為永磁式電動機的控制方式，可以采用無傳感器控制方式。 在這種無傳感器控制方式中，假設(shè)定子繞組感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢的波形(定子 繞組的電動勢波形)為正弦波，使用輸入電壓和輸入電流檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位 置。但是，在永久磁鐵埋入式電動機的定子繞組的電動勢波形中含有較多的 高次諧波成分。因此，在將無傳感器控制方式用作^C久磁鐵埋入式電動機的 控制方式時，由于電動勢波形中所含高次諧波成分，會使轉(zhuǎn)子位置檢測精度 降低。若轉(zhuǎn)子位置檢測精度降低，則無法進行最佳控制而使效率降低。此外， 在電動勢波形所含高次諧波成分較多時，會導(dǎo)致由高次諧波成分引起的鐵損增加而使效率降低。
因此，本發(fā)明者研發(fā)并提出了能夠使電動勢波形所含高次諧波成分減少
的永久磁鐵埋入式電動機(JP特開2004_260972號公報，JP特開2005 — 86955號公報)。在這種永久磁鐵埋入式電動機中，轉(zhuǎn)子的外周面由第一外 周面和第二外周面形成。各第一外周面具有與主磁極部的d軸交叉的第一曲 線形狀。各第二外周面具有與輔助磁極部的q軸交叉的第二曲線形狀。并且， 第二曲線形狀的曲率半徑設(shè)定為大于第一曲線形狀的曲率半徑。
通過采用配置了多層永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，來提高永磁式電動機的輸出轉(zhuǎn) 矩。因此，本發(fā)明者對具有配置了多層永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的永磁式電動機(多 層結(jié)構(gòu)的永磁式電動機)與上述由第一外周面和第二外周面形成轉(zhuǎn)子外周面 的技術(shù)的結(jié)合進行了研究。但是，在由第一外周面和第二外周面形成轉(zhuǎn)子外 周面的技術(shù)中，為了減少電動勢波形所含的高次諧波成分，而使q軸附近的 間隙增大。當(dāng)q軸附近的間隙增大時，q軸電感減小而使磁阻轉(zhuǎn)矩減小。磁 阻轉(zhuǎn)矩減小會使效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在多層結(jié)構(gòu)的永磁式旋轉(zhuǎn)機械中，使電動 勢波形所含的高次諧波成分減少，同時使q軸電感增大的技術(shù)。
在本發(fā)明一個方式涉及一種永磁式旋轉(zhuǎn)機械(多層結(jié)構(gòu)的永磁式旋轉(zhuǎn)機 械)，具備定子和轉(zhuǎn)子，定子具有齒，齒在轉(zhuǎn)子對向一側(cè)具有齒頂面，而且， 當(dāng)從與軸向交叉的方向觀察時，在轉(zhuǎn)子的周向上交替配置有主磁極部和輔助 磁極部，在各主磁極部的徑向上以多層配置有插入永久磁鐵的磁鐵插入孔。
從與軸向交叉的方向看，轉(zhuǎn)子的外周面由第一外周面和第二外周面形 成。各第一外周面具有與主磁極部的d軸交叉而形成為向外周方向凸出的第 一曲線形狀。各第二外周面具有與輔助磁極部的q軸交叉而形成為向外周方 向凸出的第二曲線形狀。第二曲線形狀的曲率半徑設(shè)定為大于第一曲線形狀 的曲率半徑。將與輔助磁極部的q軸交叉的第二曲線形狀的曲率半徑設(shè)定為， 大于和主磁極部的d軸交叉的第一曲線形狀的曲率半徑，從而能夠減少電動 勢波形中所含的高次諧波成分。特別是，將在主磁極部上徑向相鄰配置的各 層的磁鐵插入孔的端壁配置在與第二外周面相對向的〗立置上，從而能夠有效地減少多層結(jié)構(gòu)的永磁式旋轉(zhuǎn)機械的電動勢波形中所含的高次諧波成分。
并且設(shè)定為，在相同主磁極部上徑向相鄰配置的層中，外周側(cè)的層的磁 鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部，和中心側(cè)的層的磁鐵插入孔的端壁的q軸側(cè) 端部之間的周向長度，大于齒頂面的周向長度。由此，在主磁極部上徑向相 鄰配置的層中，能夠使流經(jīng)處于外周側(cè)的層的插入孔的外周側(cè)的部分和輔助 磁極部之間的磁通量(短路磁通量)減少。通過該短路磁通量的減小，能夠
減小與輔助磁極部對應(yīng)的部位(q軸附近)的間隙。q軸附近的間隙減小會 使磁阻轉(zhuǎn)矩增大。
在本方式中，使與輔助磁極部對應(yīng)的部位的間隙增大，從而能夠減少電 動勢波形中所含的高次諧波成分，并且抑制與輔助磁極部對應(yīng)的部位的間隙 增大，使磁阻轉(zhuǎn)矩增大。由此，能夠提高永磁式旋轉(zhuǎn)機械的效率。
在上述方式中設(shè)定為，隔著輔助磁極部在周向上對向配置的層中的一個 層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部，和另一層的磁鐵插入孔的端壁的d軸 側(cè)端部之間的周向長度，大于齒頂面的周向長度。由此，能夠使流過在隔著 輔助磁極部相鄰配置的主磁極部中一個主磁極部上徑向相鄰配置的各層的 磁鐵插入孔的端壁之間的部分，和在另一主磁極部上徑向相鄰配置的各層的 磁鐵插入孔的端壁之間的部分之間的磁通量(短路磁通量)減小。通過該短 路磁通量的減小，能夠使與輔助磁極部對應(yīng)的部位的間隙進一步減小。
在本方式中，能夠進一步提高永磁式旋轉(zhuǎn)機械的效率。
本發(fā)明另一方式涉及的永磁式旋轉(zhuǎn)機械(多層結(jié)構(gòu)的永磁式電動機)， 與上述一個方式同樣地，具備定子和轉(zhuǎn)子，定子具有齒，齒在轉(zhuǎn)子對向一側(cè) 具有齒頂面，而且，當(dāng)從與軸向交叉的方向觀察時，在轉(zhuǎn)子的周向上交替配 置有主磁極部和輔助磁極部，在各主磁極部的徑向上以多層配置有插入永久 磁鐵的磁鐵插入孔。
與上述一個方式同樣地，從與軸向交叉的方向看，轉(zhuǎn)子的外周面由第一 外周面和第二外周面形成。各第一外周面具有與主磁極部的d軸交叉而形成 為向外周方向凸出的第一曲線形狀。各第二外周面具有與輔助磁極部的q軸 交叉而形成為向外周方向凸出的第二曲線形狀。第二曲線形狀的曲率半徑設(shè) 定為大于第一曲線形狀的曲率半徑。
并且設(shè)定為，隔著輔助磁極部在周向上對向配置的層中， 一個層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部和另一層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部之間 的長度，大于齒頂面的周向長度。由此，能夠使流過在隔著輔助磁極相鄰配 置的主磁極部中的一個主磁極部上徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔的端 壁之間的部分，和在另一主磁極部上相鄰配置的各層的磁鐵插入孔的端壁之 間的部分之間的短路磁通量減小。通過該短路磁通量的減小，能夠減小與輔
助磁極部對應(yīng)的部位(q軸附近)的間隙。q軸附近的間隙減小會使磁阻轉(zhuǎn) 矩增大。
在本發(fā)明中，通過使與輔助磁極部對應(yīng)的部位的間隙增大，能夠減少電 動勢波形中所含的高次諧波成分，并且抑制與輔助磁極部對應(yīng)的部位的間隙 增大，使磁阻轉(zhuǎn)矩增大。從而提高永磁式旋轉(zhuǎn)機械的效率。
第一外周面的第一曲線形狀,優(yōu)選形成為在d軸上具有曲率中心的圓弧 形狀。并且，第二外周面的第二曲線形狀，優(yōu)選形成為在q軸上具有曲率中 心的圓弧形狀。從而易于形成第一外周面和第二外周面。
另外，第一外周面的第一曲線形狀，優(yōu)選形成為以轉(zhuǎn)子的中心作為曲率 中心的圓弧形狀。另外，第二外周面的第二曲線形狀，優(yōu)選形成為以向與第 二外周面相反方向偏離了轉(zhuǎn)子的中心的位置為曲率中心的圓弧形狀。從而更 加易于形成第一外周面和第二外周面。另外，能夠使與輔助磁極部對應(yīng)的部 位上的空隙平滑地變化，并且抑制第一外周面和第二外周面的交界位置上的 空隙的急劇變化。因此能夠更加有效地減少電動勢波形中所含的高次諧波成 分。
從與軸向交叉的方向看，在相同主磁極部的徑向上相鄰配置的層中，可 以將中心側(cè)的層的磁鐵插入孔中所插入的永久磁鐵的長度，設(shè)定為大于外周 側(cè)的層的磁鐵插入孔中所插入的永久磁鐵的長度。"永久磁鐵的長度"意味 著從與軸向交叉的方向看，沿著磁鐵插入孔的長度。
多層結(jié)構(gòu)的永磁式旋轉(zhuǎn)機械，利用了由從主磁極部的中央部分流入流出 的磁通以及從在主磁極部上徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔的端壁之間 的部分(層間部分)流入流出的磁通所產(chǎn)生的磁轉(zhuǎn)矩。從主磁極部的中央部 分流入流出的磁通，與從在主磁極部上徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔中 插入的永久磁鐵流入流出的磁通量之和對應(yīng)。另外，從在主磁極部上徑向相 鄰配置的各層的磁鐵插入孔的端壁之間的部分(層間部分)流入流出的磁通，與從各層的磁鐵插入孔中插入的永久磁鐵流入流出的磁通量之差對應(yīng)。因此 構(gòu)成為從在主磁極部上徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔中所插入的各個 永久磁鐵流入流出的磁通量不同。 一般構(gòu)成為，流入流出的磁通量是用從中 心側(cè)的層的磁鐵插入孔中插入的永久磁鐵流入流出的磁通量，減去從外周側(cè) 的層的磁鐵插入孔中插入的永久磁鐵流入流出的磁通量所得的磁通量。在本 方式中，由于改變了徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔中插入的永久磁鐵的 長度，因此能夠使用相同特性的永久磁鐵。作為對從徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔中所插入的永久磁鐵分別 流入流出的磁通量進行改變的方法，可以采用在各層的磁鐵插入孔中插入具 有不同特性的永久磁鐵的方法。使用該方法時，作為徑向相鄰配置的各層的 磁鐵插入孔中插入的永久磁鐵，可以使用相同長度的永久磁鐵。當(dāng)然，也可 以在徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔中，插入特性和長度不同的永久磁 鐵。通過使用本發(fā)明的技術(shù)，能夠減少電動勢波形中所含的高次諧波成分， 并且使q軸電感增大。從而提高多層結(jié)構(gòu)的永磁式旋轉(zhuǎn)機械的效率。


圖1是使用了永磁式電動機的壓縮機的一例的縱向剖面圖。圖2是圖1所示的永磁式電動機的轉(zhuǎn)子的縱向剖面圖。圖3是第一實施例的永磁式電動機的定子和轉(zhuǎn)子的橫向剖面圖。圖4是說明第一實施例的永磁式電動機的要部結(jié)構(gòu)的圖。圖5是說明第一實施例的永磁式電動機的要部結(jié)構(gòu)的圖。圖6是說明第二實施例的永磁式電動機的要部結(jié)構(gòu)的圖。圖7是說明第二實施例的永磁式電動機的要部結(jié)構(gòu)的圖。圖8是表示各實施例的效率特性的圖表。圖9是表示在主磁極部上徑向相鄰配置的磁鐵插入孔中插入永久磁鐵的 另一例的圖。
具體實施方式
以下參照附圖對本發(fā)明實施例進行說明。在圖1和圖2中示出了使用永磁式電動機30的壓縮機的一例。圖1是壓縮機10的縱向剖面圖。圖2為圖1所示永磁式電動機30的轉(zhuǎn)子50的縱 向剖面圖。另外，雖然在圖1中示出了單層構(gòu)造的永磁式電動機30，但是在 以下說明的本發(fā)明實施例中，可以使用多層結(jié)構(gòu)的永磁式電動機30。壓縮機10由壓縮機構(gòu)部20、永磁式電動機30、蓄液器(accumulator) 70等構(gòu)成。壓縮機構(gòu)部20和永磁式電動機30配置在密閉容器11內(nèi)。在密 閉容器11上設(shè)有吸入管71和排出管12。蓄液器70分離冷卻介質(zhì)(例如制冷氣體)和潤滑油。通過蓄液器70分 離的冷卻介質(zhì)，經(jīng)由吸入管71回到壓縮機構(gòu)部20。另外，通過蓄液器70分 離的潤滑油，回到潤滑油槽25。壓縮機20具有氣缸21、由旋轉(zhuǎn)軸60驅(qū)動的偏心轉(zhuǎn)子22。壓縮機構(gòu)部 20通過偏心轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)，在氣缸21內(nèi)壓縮從吸入管71吸入的冷卻介質(zhì)。經(jīng)過壓縮機構(gòu)部20壓縮的冷卻介質(zhì)，通過在永磁式電動機30的定子40 上形成的通路(槽、孔、切口)、在轉(zhuǎn)子50上形成的通路孔、定子40和轉(zhuǎn) 子50之間的間隙等，從排出管12排出。另外，通過旋轉(zhuǎn)軸60的旋轉(zhuǎn)，使貯存在潤滑油槽25中的潤滑油供給到 壓縮機構(gòu)部20的滑動部。潤滑了滑動部的潤滑油回到潤滑油槽25。在圖1所示的壓縮機10中，混合了冷卻介質(zhì)和潤滑油的介質(zhì)從排出管 12排出。永磁式電動機30具備定子40和轉(zhuǎn)子50。定子40層疊多枚薄板狀電磁鋼板而成。定子40如圖3所示在內(nèi)周側(cè)具 有齒42。定子40的外周形狀可以適當(dāng)?shù)剡M行確定。齒42包括齒主體部42a、 從齒主體部42a的頂端延伸到周向兩側(cè)的齒端部42b、 42c。另外，齒42在 與轉(zhuǎn)子50的外周面相對的部位上，具有橫跨齒端部42b和42c的齒頂面42d。通過齒42形成有槽口 43。在槽口 43內(nèi)以分布巻繞方式或集中巻繞的典 型方式設(shè)置定子繞組41 (參照圖l)。轉(zhuǎn)子50為筒狀，且可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于定子40的內(nèi)周側(cè)。對于轉(zhuǎn)子50的 外周面和定子40的齒42的齒頂面42d之間的間隙，在規(guī)定范圍內(nèi)進行設(shè)定。轉(zhuǎn)子50層疊多枚薄板狀的電磁鋼板而成。在轉(zhuǎn)子50上如圖2所示軸向 形成有旋轉(zhuǎn)軸插入孔59、磁鐵插入孔55、鉚接銷插入孔51。另外，雖然未在圖2中示出，在轉(zhuǎn)子50的軸向上還形成有通路孔(例 如圖3所示的51al、 51a2 51dl、 51d2)。在旋轉(zhuǎn)軸插入孔59中，例如通過"壓入法"或者"熱壓配合法"插入 旋轉(zhuǎn)軸60。使用"熱壓配合法"，在對轉(zhuǎn)子50進行加熱后，將旋轉(zhuǎn)軸60插 入旋轉(zhuǎn)軸插入孔59中。使用"壓入法"，對旋轉(zhuǎn)軸60施加強力，從而將旋 轉(zhuǎn)軸60插入旋轉(zhuǎn)軸插入孔59中。在磁鐵插入孔55中插入永久磁鐵56。在層疊體的軸向兩端部上設(shè)有端板53。并且，通過插入到鉚接銷插入孔 51中的鉚接銷52，使層疊體和端板53 —體化。54是用于調(diào)整壓縮機構(gòu)部 20的偏心轉(zhuǎn)子22的不平衡量的配重。另外，在各電磁鋼板上形成有在層疊各電磁鋼板時用于固定各電磁鋼板 的巻邊固定部。下面對本實施例的永磁式電動機30的結(jié)構(gòu)進行詳細說明。[第一實施例]第一實施例的永磁式電動機30的定子40和轉(zhuǎn)子50的結(jié)構(gòu)如圖3所示。 圖3是從垂直軸向的方向看定子40和轉(zhuǎn)子50的剖面圖。在本實施例中，使用磁極數(shù)為4 (極對數(shù)為2)的轉(zhuǎn)子50。并且，定子 繞組以分布巻繞方式巻繞。在以下說明的其他實施例中也同樣。轉(zhuǎn)子50，從垂直軸向的方向看，周向交替配置主磁極部和輔助磁極部。 在主磁極部上設(shè)有能夠插入永久磁鐵的磁鐵插入孔。下面用[a]、 [b]、 [c]、 [d]表示各主磁極部，用[ab]、 [bc]、 [cd]、 [da]表示 各輔助磁極部。另外，對于在主磁極部[a] [d]上設(shè)置的要素標(biāo)記符號[a] [d] 或者[A] [D]，對在輔助磁極部[abHda]上設(shè)置的要素標(biāo)記符號[abHda]或者 [AB] [DA]。通過將主磁極部[ah[d]和輔助磁極部[ab] [da]在周向上交替配置，從而 能夠利用從永久磁鐵流入流出的磁通所產(chǎn)生的磁轉(zhuǎn)矩，和由輔助磁極部 [ab] [da]的突極性產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩這兩者，其中所述永久磁鐵插入在主磁極 部[a] [d]上配置的磁鐵插入孔中。并且在下文中，將連接旋轉(zhuǎn)軸插入孔59的中心(轉(zhuǎn)子50的中心O)和 主磁極部[a] [d]的周向中心的連接線稱為"主磁極部的中心線"或者"d軸"，將連接旋轉(zhuǎn)軸插入孔59的中心(轉(zhuǎn)子50的中心0)和輔助磁極部[ab] [da] 的周向中心的連接線稱為"輔助磁極部的中心線"或者"q軸"。從垂直軸向的方向看，轉(zhuǎn)子50的外周面由第一外周面50A 50D和第二 外周面50AB 50DA形成。第一外周面50A 50D對應(yīng)于主磁極部[a] [d]。第一外周面50A 50D分 別具有與主磁極部[a] [d]的d軸交叉且凸起部朝向外周方向的第一曲線形 狀。第二外周面50AB-50DA對應(yīng)于輔助磁極部[ab] [da]。第二外周面 50AB 50DA分別具有與輔助磁極部[ab] [da]的q軸交叉且凸起部朝向外周 方向的第二曲線形狀。第二曲線形狀的曲率半徑設(shè)定為大于第一曲線形狀的 曲率半徑。第一外周面50A和第二外周面50DA、 50AB在連接點50A1、 50A2連 接。其他的第一外周面和第二外周面也同樣地連接。在本實施例中，第一外周面50A 50D形成為以轉(zhuǎn)子50的中心O為中心 且具有曲率半徑Rd (=轉(zhuǎn)子50的半徑R)的圓弧形狀。另外，第二外周面 50AB 50DA以向第二外周面50AB 50DA相反方向偏離了轉(zhuǎn)子50中心0的 位置(例如在外周面50CD的情況下為點Q)為曲率中心，形成為具有比曲 率半徑Rd還大的曲率半徑Rq (Rq>Rd)的圓弧形狀。第一外周面50A 50D 的圓弧形狀的曲率中心，也并不是必須為轉(zhuǎn)子50的中心O，而可以是位于 轉(zhuǎn)子50的中心O附近。即，所謂"以轉(zhuǎn)子50的中心O為中心"，包含"以 轉(zhuǎn)子50的中心0附近位置為中心"的結(jié)構(gòu)。第一外周面50A 50D，對應(yīng)于本發(fā)明的"具有第一曲線形狀的第一外周 面"。另外，第二外周面50AB 50DA，對應(yīng)于本發(fā)明的"具有第二曲線形 狀的第二外周面"。第一外周面50A 50D的第一 曲線形狀和第二外周面50AB 50DA的第二 曲線形狀，不限于圓弧形狀。通過將對應(yīng)于輔助磁極部[ab] [da]的第二外周面50AB 50DA的曲率半 徑Rq設(shè)定為比對應(yīng)于主磁極部[a] [d]的第一外周面50A 50D的曲率半徑Rd 更大，從而能夠使輔助磁極部[ab] [da]的q軸附近的間隙(氣隙air gap) Gq大于主磁極部[a] [d]的d軸附近的間隙Gd (Gq〉Gd)。另外，第一外周面50A 50D以轉(zhuǎn)子50的中心0為中心，形成為具有曲率半徑Rd的圓弧形 狀，第二外周面50AB 50DA以從向第二外周面50AB 50DA相反方向偏離 了轉(zhuǎn)子50中心O的位置Q為中心，形成為具有曲率半徑Rq (Rq>Rd)的圓 弧形狀。由此，對于對應(yīng)于第二外周面50AB 50DA的部位的空隙，從對應(yīng) 于q軸的部位開始，沿著周向從對應(yīng)于q軸的部位的空隙Gq逐漸減小為對 應(yīng)于d軸的部位的空隙Gd。因此，在第一外周面50A 50D和第二外周面 50AB 50DA的交界位置，通過配置有定子40的齒42的部位時，能夠抑制 流過定子40的齒42的磁通的急劇變化。通過抑制流過齒42的磁通的急劇 變化，從而使定子繞組41感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的波形(定子繞組42的電動 勢波形)所含的高次諧波成分減少。由此，即使在使用無傳感器控制方式來 控制永磁式電動機的情況下，也能夠高精度地檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，其中所 述無傳感器控制方式基于輸入電壓和輸入電流來檢測轉(zhuǎn)子位置。因此，能夠 對流過定子繞組的電流進行最佳控制，從而提高永磁式電動機的效率。另外，在使第一外周面50A 50D以轉(zhuǎn)子50的中心O為中心形成為圓弧 形狀的情況下，第一外周面50A 50D與齒頂面42d之間的間隙小，并且恒 定。由此，在第一外周面50A 50D通過配置有齒42的部位時，磁通能夠平 順地流過齒42。在轉(zhuǎn)子50的主磁極部[a] [d]上，徑向配置了多層永久磁鐵。在本實施例 中，永久磁鐵配置為2層。由于在主磁極部[a] [d]上配置的磁鐵插入孔為相同形狀，因此對在主磁 極部[a]上配置的磁鐵插入孔進行說明。在主磁極部[a]上，從與軸向交叉的方向看，在徑向的中心側(cè)配置有第一 磁鐵插入孔55a，在徑向的外周側(cè)配置有第二磁鐵插入孔57a。第一磁鐵插入孔55a對應(yīng)于本發(fā)明的"徑向相鄰配置的層中的中心側(cè)的 層的磁鐵插入孔"。另外，第二磁鐵插入孔57a對應(yīng)于本發(fā)明的"徑向相鄰 配置的層中的外周側(cè)的層的磁鐵插入孔"。以下將磁鐵插入孔55a稱為"第一層的磁鐵插入孔"，將磁鐵插入孔57a 稱為"第二層的磁鐵插入孔"。第一層的磁鐵插入孔55a包括在與d軸交叉的方向上延伸的中央部、從 中央部的兩端部在外周方向上沿著q軸延伸的第一和第二外周部。在本實施例中，磁鐵插入孔55a的中央部由在垂直d軸的方向上延伸的中心側(cè)的中央 壁55al和外周側(cè)的中央壁55a2形成。另外，第一外周部由q軸側(cè)的側(cè)壁55a3、 d軸側(cè)的側(cè)壁55a4和端壁55a7形成。q軸側(cè)的側(cè)壁55a3，從中心側(cè)的中央 壁55al的一側(cè)端部在外周方向上沿著q軸延伸。d軸側(cè)的側(cè)壁55a4，從外周 側(cè)的中央壁55a2的一側(cè)端部在外周方向上沿著q軸延伸。端壁55a7，在q 軸側(cè)的側(cè)壁55a3的外周側(cè)的端部與d軸側(cè)的側(cè)壁55a4的外周側(cè)的端部之間， 沿著轉(zhuǎn)子50的外周面(第二外周面50DA)延伸。另夕卜，第二外周部，由q 軸側(cè)的側(cè)壁55a5、 d軸側(cè)的側(cè)壁55a6和端壁55a8形成。q軸側(cè)的側(cè)壁55a5， 從中心側(cè)的中央壁55al的另一側(cè)端部在外周方向上沿著q軸延伸。d軸側(cè)的 側(cè)壁55a6，從外周側(cè)的中央壁55a2的另一側(cè)端部在外周方向上沿著q軸延 伸。端壁55a8，在q軸側(cè)的側(cè)壁55a5的外周側(cè)的端部與d軸側(cè)的側(cè)壁55a6 的外周側(cè)的端部之間，沿著轉(zhuǎn)子50的外周面(第二外周面50AB)延伸。同樣地，第二層的磁鐵插入孔57a包括在垂直d軸的方向上延伸的中央 部、從中央部的兩端部在外周方向上沿著q軸延伸的第一和第二外周部。磁 鐵插入孔57a的中央部由中心側(cè)的中央壁57al和外周側(cè)的中央壁57a2形成。 另外，第一外周部包括從中央壁57al的一側(cè)端部在外周方向上延伸的q軸 側(cè)的側(cè)壁57a3、從中央壁57a2的一側(cè)端部在外周方向上延伸的d軸側(cè)的側(cè) 壁57a4、在側(cè)壁57a3和57a4的外周側(cè)的端部之間沿著轉(zhuǎn)子的外周面延伸的 端壁57a7。另外，第二外周部包括從中央壁57al的另一側(cè)端部在外周方向 上延伸的q軸側(cè)的側(cè)壁57a5、從中央壁57a2的另一側(cè)端部在外周方向上延 伸的d軸側(cè)的側(cè)壁57a6、在側(cè)壁57a5和57a6的外周側(cè)的端部之間沿著轉(zhuǎn)子 的外周面延伸的端壁57a8。在主磁極部[b] [d]上也配置有與主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a 和第二層的磁鐵插入孔57a形狀同樣的第一層的磁鐵插入孔55b 55d和第二 層的磁鐵插入孔57b 57d。在第一層的磁鐵插入孔55a 55d的端壁55a7、 55a8 55d7、 55d8與轉(zhuǎn)子 50的外周面之間，以及第二層的磁鐵插入孔57a 57d的端壁55a7、 55a8 55d7、 55d8與轉(zhuǎn)子50的外周面之間，設(shè)有橋接部。由此，能夠提高對 于離心力的轉(zhuǎn)子50的強度。如上所述，在本實施例中，在主磁極部[a] [d]上，從與軸向交叉的方向看，分別徑向相鄰配置了與第一層對應(yīng)的磁鐵插入孔55a 55d以及與第二層 對應(yīng)的磁鐵插入孔57a 57d，其中所述第一層具有向中心側(cè)凸起(朝外周方 向為凹狀)的梯形形狀。由此構(gòu)成雙層構(gòu)造的轉(zhuǎn)子50。在主磁極部[a] [d]上配置的第一層的磁鐵插入孔55a 55d和第二層的磁 鐵插入孔57a 57d中，分別插入永久磁鐵56a 56d和58a 58d。作為永久磁 鐵，可以采用鐵氧體磁鐵或者稀土磁鐵等。在本實施例中，在磁鐵插入孔55a 55d和57a 57d的中央部內(nèi)，分別插 入有永久磁鐵56a 56d和58a 58d。永久磁鐵56a 56d和58a 58d的垂直軸 向的剖面形狀為長方形。以在永久磁鐵56a 56d、 58a 58d與磁鐵插入孔55a 55d、 57a 57d之間 形成間隙的方式，將永久磁鐵56a 56d、 58a 58d插入磁鐵插入孔55a 55d、 57a 57d。例如采用"間隙配合法"插入。通過采用"間隙配合法"將永久 磁鐵插入磁鐵插入孔，與使用"壓入法"或"熱壓配合法"插入時相比，能 夠簡單地將永久磁鐵插入磁鐵插入孔。從而避免永久磁鐵斷裂或破損。在主磁極部[a] [d]的第一層的磁鐵插入孔55a 55d和第二層的磁鐵插入 孔57a 57d中插入的永久磁鐵56a 56d和58a 58d，被磁化為與相鄰的主磁 極部極性不同。例如如圖4所示，插入主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a 和第二層的磁鐵插入孔57a的永久磁鐵56a和58a，被磁化為中心側(cè)為S極 而外周側(cè)為N極。另一方面，與主磁極部[a]相鄰的主磁極部[d]的第一層的 磁鐵插入孔55d和第二層的磁鐵插入孔57d中插入的永久磁鐵56d和58d， 被磁化為中心側(cè)為N極，外周側(cè)為S極。由此，使N極的主磁極部和S極 的主磁極部在周向上交替配置。作為磁化永久磁鐵的方法，例如可以采用在將旋轉(zhuǎn)軸60插入轉(zhuǎn)子50的 旋轉(zhuǎn)軸插入孔59后，在與轉(zhuǎn)子50相對的定子40的定子繞組41中通過磁化 用電流的方法。在多層結(jié)構(gòu)的永磁式電動機中，利用了分別從永久磁鐵流入流出的磁通 量的差所對應(yīng)的磁轉(zhuǎn)矩，其中所述永久磁鐵插入在主磁極部上徑向相鄰配置 的各層的磁鐵插入孔中。例如圖6所示，如果從主磁極部[a]的第一層的永久 磁鐵56a流入流出的磁通量為Nl (或者S1),從第二層的永久磁鐵58a流 入流出的磁通量為S2 (或者N2)，則從各層的磁鐵插入孔的端壁之間的部分(層間部分)流入流出(N1—S2)的磁通量，其中所述磁鐵插入孔徑向相鄰地配置在主磁極部[a]上。在本實施例中，在主磁極部[a] [d]上徑向相鄰配置的層中，中心側(cè)的層 (第一層)的磁鐵插入孔55a 55d中插入了永久磁鐵56a 56d，該永久磁鐵 56a 56d的長度大于外周側(cè)的層(第二層)的磁鐵插入孔57a 57d中插入的 永久磁鐵58a 58d的長度。這里，"永久磁鐵的長度"意味著，從垂直軸向 的方向看，沿著磁鐵插入孔的長度。由此，在主磁極部[a] [d]上徑向相鄰配 置的第一層的磁鐵插入孔55a 55d和第二層的磁鐵插入孔57a 57d中，即使 插入了具有相同極性(例如相同磁通密度)的永久磁鐵的情況下，從第一層 的磁# 入孔中所插入的永久磁鐵流入流出的磁通量和從第二層的磁鐵插 入孔中所插入的永久磁鐵流入流出的磁通量也不同。另外，也可以在主磁極部[a] [d]的第一層的磁鐵插入孔55a 55d和第二 層的磁鐵插入孔57a 57d中插入具有不同特性(例如磁通密度不同)的永久 磁鐵。另外，作為使從永久磁鐵流入流出的磁通量分別不同的方法，可以采用 各種方法，其中所述永久磁鐵插入在徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔中。 例如可以采用這樣的方法，即如圖9所示，可以使用向第一層的磁鐵插入孔 55a中，插入永久磁鐵56a的方法，其中所述永久磁鐵56a與第二層的磁鐵 插入孔57a中所插入的永久磁鐵58a長度相同且特性不同。另外，在本實施例中，各層的磁鐵插入孔配置為，使從各個永久磁鐵流 入流出磁通量的差所流入流出的部分，即各層的磁鐵插入孔的端壁之間的部 分(層間部分)與第二外周面相對，其中所述永久磁鐵插入在主磁極部[a] [d] 上徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔中。例如，第一層的磁鐵插入孔55a和 第二層的磁鐵插入孔57a配置為，使主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a 的端壁55a7與第二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7之間的部分，和第二外 周面50DA相對。另外，如上所述，在本實施例中，與第二外周面50DA對應(yīng)的部位的間 隙從對應(yīng)于q軸的部位開始，沿著周向從對應(yīng)于q軸的部位的間隙Gq逐漸 減小為對應(yīng)于d軸的部位的間隙Gd。由此，從第一層的磁鐵插入孔55a的 端壁55a7和第二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7之間的部分流入流出的磁通量(從永久磁鐵56a流入流出的磁通量與從永久磁鐵58a流入流出的磁通 量的差)，流過逐漸變化的空隙。因此，流過第一層的磁鐵插入孔55a的端 壁55a7與第二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7之間的部分，和定子40的齒 42之間的磁通量的急劇變化能夠得到抑制。通過抑制這種流過齒42的磁通 量的急劇變化，能夠有效地減少電動勢波形中所含的高次諧波成分。在永久磁鐵能夠在磁鐵插入孔中移動的情況下，優(yōu)選設(shè)置用于確定永久 磁鐵在磁鐵插入孔內(nèi)位置的定位部件。例如，在磁鐵插入孔55a、 57a 55d、 57d內(nèi)的規(guī)定位置上，設(shè)置向磁鐵插入孔55a、 57a 55d、 57d的內(nèi)側(cè)凸出的 定位部件。雖然在本實施例中，是將永久磁鐵56a、 58a 56d、 58d插入到磁鐵插入 孔55a、 57a 55d、 57d的中央部，但是也可以插入到外周部。并且，雖然考 慮到制造的容易性，優(yōu)選使用垂直軸向的剖面形狀為長方形的永久磁鐵，但 是也可以采用其他形狀的永久磁鐵。另外，插入磁鐵插入孔中的永久磁鐵的 數(shù)量也可以適當(dāng)選擇。另外，為了防止在磁鐵插入孔上的與轉(zhuǎn)子50的外周面相對的部分發(fā)生 磁通短路，優(yōu)選設(shè)置空隙部等非磁性區(qū)域。例如在磁鐵插入孔的端壁與插入 磁鐵插入孔的永久磁鐵的端部之間設(shè)置非磁性區(qū)域。在主磁極部[a] [d]或輔助磁極部[abHda]上，設(shè)有流過冷卻介質(zhì)或潤滑 油等介質(zhì)的通路孔。在本實施例中，在主磁極部[a] [d]上，相對于,第一層(中心側(cè)的層)的 磁鐵插入孔55a 55d在中心側(cè)設(shè)置通路孔51al、 51a2 51dl、 51d2。另外， 在輔助磁極部[ab] [da]上，轉(zhuǎn)子50的內(nèi)周側(cè)設(shè)置鉚接銷插入孔51ab 51da。 通路孔和鉚接銷插入孔形成為軸向貫通轉(zhuǎn)子50的孔(貫通孔)。通路孔51al、 51a2 51dl、 51d2設(shè)置為相對于主磁極部[a] [d]的中心線(d軸)左右對稱。 鉚接銷插入孔51ab 51da設(shè)置在輔助磁極部[ab] [da]的中心線(q軸)上。將通路孔51al、 51a2 51dl、 51d2設(shè)置在轉(zhuǎn)子50的內(nèi)周側(cè)，與設(shè)置在 轉(zhuǎn)子50的外周側(cè)的情況相比，能夠減小作用于在通路孔內(nèi)流動的介質(zhì)(冷 卻介質(zhì)或潤滑油等)的離心力。由此，能夠使在通路孔51al、 51a2 51dl、 51d2內(nèi)流動的介質(zhì)的流體阻力降低，而使介質(zhì)易于在通路孔51al、 51a2 51dl、 51d2內(nèi)流動。下面研究主磁極部的各層的磁鐵插入孔的配置關(guān)系。下面考慮主磁極部[a] [d]的第一層(中心側(cè)的層)的磁鐵插入孔55a 55d 和第二層(外周側(cè)的層)的磁鐵插入孔57a 57d如圖5所示配置的情況。在 圖5中，第一層的磁鐵插入孔55a的端壁55a7的q軸側(cè)端部，與第二層的磁 鐵插入孔57a的端壁57a7的d軸側(cè)端部之間的周向長度[m]，小于齒42的齒 頂面42d的周向長度[k] ([m《k])。另外，第一層的磁鐵插入孔55a的端壁 55a7的q軸側(cè)端部，與磁鐵插入孔55a的q軸側(cè)的側(cè)壁55a3和端壁55a7的 連接部相對應(yīng)。另外，第二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7的d軸側(cè)端部， 與磁鐵插入孔57a的d軸側(cè)的側(cè)壁57a4和端壁57a7的連接部相對應(yīng)。此時，磁通從主磁極部[a]的處于第二層的磁鐵插入孔57a的外周側(cè)的部 分，經(jīng)由齒42C和齒42A向輔助磁極部[da]流過。該磁通是用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的 磁通。另外，由于[m《k]的關(guān)系，產(chǎn)生了第二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7 的d軸側(cè)端部和第一層的磁鐵插入孔55a的端壁55a7的q軸側(cè)端部，同時與 一個齒42B的齒頂面42d相對的狀態(tài)。在該狀態(tài)時，磁通(短路磁通)經(jīng)由 齒42B，流過主磁極部[a]的處于第二層的磁鐵插入孔57a的外周側(cè)的部分與 輔助磁極部[da]之間。因此，在滿足[m《k]的條件時，為了減小短路磁通量，需要增大對應(yīng)于 輔助磁極部的部位的間隙。如果增大對應(yīng)于輔助磁極部的部位的間隙，則q 軸電感減小而使磁阻轉(zhuǎn)矩減小。在本實施例中構(gòu)成為如圖4所示，主磁極部[a]的第一層(中心側(cè)的層) 的磁鐵插入孔55a的端壁55a7的q軸側(cè)端部，與第二層(外周側(cè)的層)的磁 鐵插入孔57a的端壁57a7的d軸側(cè)端部之間的周向長度[m]，大于齒42的齒 頂面42d的周向長度[k] ([m〉k])。由此，第二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7的d軸側(cè)端部，和第一層的 磁鐵插入孔55a的端壁55a7的q軸側(cè)端部，不會同時朝向一個齒42的齒頂 面42d。 g卩，從主磁極部[a]的處于第二層的磁鐵插入孔57a的外周側(cè)的部分， 經(jīng)由齒42流過輔助磁極部[da]的磁通量(短路磁通量)減小。因此能夠減小 對應(yīng)于輔助磁極部的部位的間隙。若對應(yīng)于輔助磁極部的部位的間隙減小， 則能夠增大q軸電感，增大磁阻轉(zhuǎn)矩。通過增大磁阻轉(zhuǎn)矩，能夠提高永磁式電動機的效率。如上所述，在本實施例中，轉(zhuǎn)子的外周面由分別具有第一曲線形狀的第 一外周面和分別具有第二曲線形狀的第二外周面構(gòu)成，并且設(shè)定為第二曲線 形狀的曲率半徑大于第一曲線形狀的曲率半徑，其中所述第一曲線形狀與主 磁極部的d軸交叉，所述第二曲線形狀與輔助磁極部的q軸交叉。由此能夠減少電動勢波形中所含的高次諧波成分。特別是在本實施例中，主磁極部的 相鄰的各層的磁鐵插入孔的端壁，配置在與第二外周面相對的位置上。由此 流過徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔的端壁之間的部分(層間部分)與齒 之間的磁通急劇變化能夠被抑制。從而能夠有效地減少多層結(jié)構(gòu)的永磁式電 動機的電動勢波形中所含的高次諧波成分。并且在本實施例中設(shè)定為，在相同主磁極部上相鄰配置的層中的外周側(cè) 的層所對應(yīng)的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部，與中心側(cè)的層所對應(yīng)的磁鐵插入孔的端壁的q軸側(cè)端部之間的周向長度，大于齒頂面的周向長度。從而 能夠使經(jīng)由相同的齒流過處于外周側(cè)的層所對應(yīng)的磁鐵插入孔的外周側(cè)的 部分與輔助磁極部之間的磁通量(短路磁通量)減小。通過該短路磁通量的 減小，能夠減小輔助磁極部所對應(yīng)的部位的間隙，提高永磁式電動機的效率。[第二實施例]下面說明第二實施例。第二實施例由與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)要素構(gòu)成。并且第二實施例能夠 與第一實施例同樣地，使多層結(jié)構(gòu)的永磁式電動機的電動勢波形中所含的高 次諧波成分減少，并且抑制與輔助磁極部對應(yīng)的部位的間隙增大，從而使磁 阻轉(zhuǎn)矩增大。對隔著輔助磁極部在周向?qū)ο蛟O(shè)置的各層磁鐵插入孔的配置關(guān)系進行 研究。下面考慮隔著輔助磁極部在周向?qū)ο蛟O(shè)置的各層磁鐵插入孔如圖7所示 配置的情況。在圖7中，主磁極部[a]的層中的第二層(輔助磁極部[da]側(cè)的 層)的磁鐵插入孔55a的端壁55a7的d軸側(cè)端部，隔著輔助磁極部[da]與主 磁極部[a]相鄰配置的主磁極部[d]的層中的第一層(輔助磁極部[da]側(cè)的層) 的磁鐵插入孔55d的端壁55d8的d軸側(cè)端部之間的周向長度[n]，小于齒42 的齒頂面42d的周向長度[k] ([n《k])。另外，主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a的端壁55a7的d軸側(cè)端部，與磁鐵插入孔55a的d軸側(cè)的側(cè)壁 55a4和端壁55a7的連接部相對應(yīng)。另外，主磁極部[d]的第一層的磁鐵插入 孔55d的端壁55d8的d軸側(cè)端部，與磁鐵插入孔55d的d軸側(cè)的側(cè)壁55d6 和端壁55d8的連接部相對應(yīng)。此時，磁通從主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a的端壁55a7與第 二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7之間的部分，經(jīng)由齒42C和齒42A，向 相鄰的主磁極部[d]的第一層的磁鐵插入孔55d的端壁55d8與第二層的磁鐵 插入孔57d的端壁57d8之間的部分流動。該磁通量例如與從永久磁鐵56a 流入流出的磁通量與從永久磁鐵58a流入流出的磁通量的差相對應(yīng)，其中所 述永久磁鐵56a插入在主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a中，所述永久 磁鐵58a插入在第二層的磁鐵插入孔57a中。該磁通是用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的磁通。另外，由于[n《k]的關(guān)系，會產(chǎn)生主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a 的端壁55a7與第二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7之間的部分，和主磁極 部[d]的第一層的磁鐵插入孔55d的端壁55d8與第二層的磁鐵插入孔57d的 端壁57d8之間的部分，同時與一個齒42B的齒頂面42d相對的狀態(tài)。在該 狀態(tài)時，磁通(短路磁通)經(jīng)由齒42B，流過主磁極部[a]的第一層的磁鐵插 入孔55a的端壁55a7與第二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7之間的部分， 以及主磁極部[d]的第一層的磁鐵插入孔55d的端壁55d8與第二層的磁鐵插 入孔57d的端壁57d8之間。因此，在滿足[n《k]的條件的情況下，為了減小短路磁通量，需要使與 輔助磁極部相對應(yīng)的部位的間隙增大。如果與輔助磁極部相對應(yīng)的部位的間 隙增大，則q軸電感減小，磁阻轉(zhuǎn)矩減小。在本實施例中構(gòu)成為如圖6所示，主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔 55a的端壁55a7的d軸側(cè)端部，隔著輔助磁極部[da]與主磁極部[a]相鄰配置 的主磁極部[d]的第一層的磁鐵插入孔55d的端壁55d8的d軸側(cè)端部之間的 周向長度n，大于齒42的齒頂面42d的周向長度k ([n>k])。由此，主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a的端壁55a7的d軸側(cè)端 部，和與主磁極部[a]相鄰配置的主磁極部[d]的第一層的磁鐵插入孔55d的端 壁55d8的d軸側(cè)端部，不會同時與一個齒42的齒頂面42d相對。即，能夠 使經(jīng)由相同的齒42，流過主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a的端壁55a7與第二層的磁鐵插入孔57a的端壁57a7之間的部分，和主磁極部[d]的第一 層的磁鐵插入孔55d的端壁55d8與第二層的磁鐵插入孔57d的端壁57d8之 間的部分之間的磁通量(短路磁通量)減小。通過該短路磁通量的減小，能 夠減小與輔助磁極部對應(yīng)的部位的間隙，提高永磁式電動機的效率。
主磁極部[a]的第一層的磁鐵插入孔55a和主磁極部[d]的第一層的磁鐵 插入孔55d，與本發(fā)明的"隔著輔助磁極部在周向上對向配置的層中的一個 層的磁鐵插入孔和另一層的磁鐵插入孔"相對應(yīng)。
如上所述在本實施例中，在多層結(jié)構(gòu)的永磁式旋轉(zhuǎn)機械中，轉(zhuǎn)子的外周 面由分別具有第一曲線形狀的第一外周面和分別具有第二曲線形狀的第二 外周面構(gòu)成，并且設(shè)定為第二曲線形狀的曲率半徑大于第一曲線形狀的曲率 半徑，其中所述第一曲線形狀與主磁極部的d軸交叉，所述第二曲線形狀與 輔助磁極部的q軸交叉。由此，能夠減少電動勢波形中所含的高次諧波成分。 特別是在本實施例中，主磁極部各層的磁鐵插入孔的端壁，配置在與第二外 周面相對的位置上。由此，能夠抑制流過各層的磁鐵插入孔的端壁之間的部 分(層間部分)和齒之間的磁通急劇地變化，其中所述磁鐵插入孔為徑向相 鄰配置。因此能夠有效地減少多層結(jié)構(gòu)的永磁式電動機的電動勢波形中所含 的高次諧波成分。
并且在本實施例中設(shè)定為，隔著輔助磁極部在周向上對向配置的層中的 一個層所對應(yīng)的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部，與另一層所對應(yīng)的磁鐵插 入孔的端壁的d軸側(cè)端部之間的周向長度，大于齒頂面的周向長度。由此， 能夠減小從在一個主磁極部上徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔的端壁之 間的部分，流向在與一個主磁極部相鄰配置的另一主磁極部上徑向相鄰配置 的各層的磁鐵插入孔的端壁之間的部分的磁通量(短路磁通量)。通過該短 路磁通量的減小，能夠使對應(yīng)于輔助磁極部的部位的間隙減小，提高永磁式 電動機的效率。
下面對第三實施例進行說明。
第三實施例具備第一實施例的結(jié)構(gòu)和第二實施例的結(jié)構(gòu)。 艮P，在第三實施例中的多層結(jié)構(gòu)的永磁式旋轉(zhuǎn)機械中，轉(zhuǎn)子的外周面由 分別具有第一曲線形狀的第一外周面和分別具有第二曲線形狀的第二外周面構(gòu)成，并且設(shè)定為第二曲線形狀的曲率半徑大于第一曲線形狀的曲率半 徑，其中所述第一曲線形狀與主磁極部的d軸交叉，所述第二曲線形狀與輔 助磁極部的q軸交叉。特別是主磁極部的各層的磁鐵插入孔的端壁，配置在 與第二外周面相對的位置上。由此，能夠抑制流過各層的磁鐵插入孔的端壁 之間的部分(層間部分)與齒之間的磁通發(fā)生急劇地變化，其中所述磁鐵插 入孔為徑向相鄰配置。因此，能夠有效地減少多層結(jié)構(gòu)的永磁式電動機的電 動勢波形中所含的高次諧波磁通成分。
并且，在主磁極部上徑向相鄰配置的層中，外周側(cè)的層所對應(yīng)的磁鐵插 入孔的端壁的d軸側(cè)端部，與中心側(cè)的層所對應(yīng)的磁鐵插入孔的端壁的q軸
側(cè)端部之間的周向長度，設(shè)定為大于齒頂面的周向長度。由此，能夠使經(jīng)由 相同的齒，流過處于外周側(cè)的層所對應(yīng)的磁鐵插入孔的外周側(cè)的部分與輔助 磁極部之間的磁通量(短路磁通量)減小。
并且，隔著輔助磁極部在周向上對向配置的層中的一個層所對應(yīng)的磁鐵 插入孔的端壁的d軸側(cè)端部，與另一層所對應(yīng)的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè) 端部之間的周向長度，設(shè)定為大于齒頂面的周向長度。由此，能夠使經(jīng)由相 同的齒，流過在一個主磁極部上徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔的端壁之 間的部分，和在另一主磁極部上徑向相鄰配置的各層的磁鐵插入孔的端壁之 間的部分之間的磁通量(短路磁通量)減小，其中所述另一主磁極部隔著輔 助磁極部與一個主磁極部相鄰配置。 .
因此，能夠使輔助磁極部所對應(yīng)的部位的間隙進一步減小，.從而進一步 提高多層結(jié)構(gòu)的永磁式電動機的效率。
第一實施例、第二實施例和第三實施例的效率特性如圖8所示。圖8的 橫軸表示通電超前角(電角(electrical angle))，縱軸表示效率(％)。
單點劃線表示了下述這種永磁式電動機的效率特性，所述永磁式電動機 的轉(zhuǎn)子的外周面由第一外周面和第二外周面形成、q軸所對應(yīng)的部位的間隙 (氣隙)為Gql[=1.2mm]、 d軸所對應(yīng)的部位的間隙(氣隙)為Gdl[=0.5mm]， 并且滿足[m《k](圖5的條件)或者[n《k](圖7的條件)中任意一個條件。 雙點劃線表示了下述這種永磁式電動機的效率特性，所述永磁式電動機 的轉(zhuǎn)子的外周面由第一外周面和第二外周面形成、q軸所對應(yīng)的部位的間隙 (氣隙)為Gq2[=0.6mm] (0.5mm<Gp2<Gql) 、 d軸所對應(yīng)的部位的間隙(氣隙)為Gdl[=0.5mm]，并且滿足[m《k](圖5的條件)或者[n《k](圖7的 條件)中任意一個條件。
虛線表示了下述這種永磁式電動機的效率特性，所述永磁式電動機的轉(zhuǎn) 子的外周面由第一外周面和第二外周面形成、q軸所對應(yīng)的部位的間隙(氣 隙)為Gq2[=0.6mm] (0.5mm<Gp2《Gql) 、 d軸所對應(yīng)的部位的間隙(氣 隙)為Gdl[=0.5mm]，并且滿足[m〉k](第一實施例的條件)或者[n〉k](第 二實施例的條件)中任意一個條件。
實線表示了下述這種永磁式電動機的效率特性，所述永磁式電動機的轉(zhuǎn) 子的外周面由第一外周面和第二外周面形成、q軸所對應(yīng)的部位的間隙(氣 隙)為Gq2[=0.6mm] (0.5mm<Gp2《Gql) 、 d軸所對應(yīng)的部位的間隙(氣 隙)為GdlH).5mm]，并且滿足[m〉k]禾n[n〉k](第三實施例的條件)。
另外，各效率特性是除了上述條件外具有相同結(jié)構(gòu)的多層結(jié)構(gòu)的永磁式 電動機所對應(yīng)的特性。
根據(jù)圖8中雙點劃線所示效率特性和單點劃線所示效率特性可知，即使 轉(zhuǎn)子的外周面由第一外周面和第二外周面形成，但是如果滿足條件[m《k](圖 5的條件)或者條件[n《k](圖7的條件)中任意一方，則即使使q軸所對 應(yīng)的部位的間隙Gp減小，效率也不會提高。
另外，根據(jù)圖8中虛線所示的效率特性可知，在滿足條件[m〉k](第一 實施例的條件)或者條件[r^k](第二實施例的條件)中任意一方時，可以通 過減小q軸所對應(yīng)的部位的間隙Gq來提高效率。
另外，根據(jù)圖8中實線所示的效率特性可知，在滿足條件[m〉k]禾n[i^k] (第三實施例的條件)時，可以通過減小q軸所對應(yīng)的部位的間隙Gq來進 一步提高效率。
根據(jù)上述內(nèi)容可知，在多層結(jié)構(gòu)的永磁式電動機中，使轉(zhuǎn)子的外周面由 第一外周面和第二外周面形成，并且滿足條件[n^k](第一實施例的條件)， 或者條件[n〉k](第二實施例的條件)，或者條件[m〉k]及[n〉k](第三實施例 的條件)，從而能夠減少電動勢波形中所含的高次諧波成分，增大磁阻轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明并不僅限于上述實施例的結(jié)構(gòu)，而可以進行各種變更、追加、刪 除。磁鐵插入孔不僅限于梯形形狀，也可以是V字形狀或者曲線形狀(例如 圓弧形狀)?；蛘撸梢允窃谂cd軸交叉的方向上延伸的直線形狀。永久磁鐵的形狀、數(shù)量、插入位置等，都可以適當(dāng)選擇。可以在轉(zhuǎn)子的外周面上與 磁鐵插入孔的端壁相對應(yīng)的部位上設(shè)置切口。也可以在轉(zhuǎn)子的外周面和磁鐵 插入孔的端壁之間設(shè)孔。如上所述永久磁鐵配置為2層，但是也可以配置為 3層以上。如上所述對永磁式電動機進行了說明，但是本說明書所公開的技 術(shù)，可以適用于具有在磁鐵插入孔中插入了永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的各種結(jié)構(gòu)的永 磁式旋轉(zhuǎn)機械。
權(quán)利要求
1.一種永磁式旋轉(zhuǎn)機械，具備定子和轉(zhuǎn)子，定子具有齒，齒在轉(zhuǎn)子對向一側(cè)具有齒頂面，而且，當(dāng)從與軸向交叉的方向觀察時，在轉(zhuǎn)子的周向上交替配置有主磁極部和輔助磁極部，在各主磁極部的徑向上以多層配置有插入永久磁鐵的磁鐵插入孔，該永磁式旋轉(zhuǎn)機械的特征在于，當(dāng)從與軸向交叉的方向觀察時，轉(zhuǎn)子的外周面由具有第一曲線形狀的第一外周面和具有第二曲線形狀的第二外周面形成，并且第二曲線形狀的曲率半徑設(shè)定為比第一曲線形狀的曲率半徑更大，上述第一曲線形狀與主磁極部的d軸交叉，并形成為向外周方向凸出的形狀，上述第二曲線形狀與輔助磁極部的q軸交叉，并形成為向外周方向凸出的形狀，在相同主磁極部上的徑向上相鄰配置的層中，外周側(cè)的層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部和中心側(cè)的層的磁鐵插入孔的端壁的q軸側(cè)端部之間的周向長度，大于齒頂面的周向長度。
2. 如權(quán)利要求1所述的永磁式旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，在隔著輔助磁 極部對向配置于周向上的層中， 一層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部和另 一層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部之間的周向長度，大于齒頂面的周向 長度。
3. —種永磁式旋轉(zhuǎn)機械，具備定子和轉(zhuǎn)子，定子具有齒，齒在轉(zhuǎn)子對 向一側(cè)具有齒頂面，而且，當(dāng)從與軸向交叉的方向觀察時，在轉(zhuǎn)子的周向上 交替配置有主磁極部和輔助磁極部，在各主磁極部的徑向上以多層配置有插 入永久磁鐵的磁鐵插入孔，該永磁式旋轉(zhuǎn)機械特征在于，當(dāng)從與軸向交叉的方向觀察時，轉(zhuǎn)子的外周面由具有第一曲線形狀的第 一外周面和具有第二曲線形狀的第二外周面形成，并且第二曲線形狀的曲率 半徑設(shè)定為比第一曲線形狀的曲率半徑更大，上述第一曲線形狀與主磁極部 的d軸交叉，并形成為向外周方向凸出的形狀，上述第二曲線形狀與輔助磁 極部的q軸交叉，并形成為向外周方向凸出的形狀，在隔著輔助磁極部對向配置于周向上的層中， 一層的磁鐵插入孔的端壁 的d軸側(cè)端部和另一層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部之間的周向長度， 大于齒頂面的周向長度。
4. 如權(quán)利要求1~3中任一項所述的永磁式旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，第一外周面形成為在d軸上具有曲率中心的圓弧形狀，第二外周面形成為在q 軸上具有曲率中心的圓弧形狀。
5. 如權(quán)利要求4所述的永磁式旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，第一外周面形 成為將轉(zhuǎn)子的中心作為曲率中心的圓弧形狀，第二外周面形成為將向第二外 周面的相反方向偏離了轉(zhuǎn)子中心的位置作為曲率中心的圓弧形狀。
6. 如權(quán)利要求1~5中任一項所述的永磁式旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，當(dāng) 從與軸向交叉的方向觀察時，在相同主磁極部的徑向上相鄰配置的層中，中 心側(cè)的層的磁鐵插入孔中所插入的永久磁鐵沿著磁鐵插入孔的長度，大于外 周側(cè)的層的磁鐵插入孔中所插入的永久磁鐵沿著磁鐵插入孔的長度。
7. 如權(quán)利要求1 6中任一項所述的永磁式旋轉(zhuǎn)禾幾械，其特征在于，當(dāng) 從與軸向交叉的方向觀察時，在相同主磁極部的徑向上相鄰配置的層中，一 層的磁鐵插入孔中所插入的永久磁鐵的磁通密度，與另一層的磁鐵插入孔中 所插入的永久磁鐵的磁通密度不同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種永磁式旋轉(zhuǎn)機械。在轉(zhuǎn)子的各主磁極部上，徑向配置有多層磁鐵插入孔。轉(zhuǎn)子的外周面由具有與主磁極部的d軸交叉的第一曲線形狀的第一外周面，和具有與輔助磁極部的q軸交叉的第二曲線形狀的第二外周面形成。第二曲線形狀的曲率半徑，大于第一曲線形狀的曲率半徑。在徑向相鄰配置的層中，中心側(cè)的層的磁鐵插入孔的端壁的q軸側(cè)端部，與外周側(cè)的層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部之間的周向長度，大于齒頂面的周向長度。隔著輔助磁極部在周向?qū)ο蚺渲玫膶又?，一個層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部與另一層的磁鐵插入孔的端壁的d軸側(cè)端部之間的周向長度，大于齒頂面的周向長度。
文檔編號H02K21/12GK101304204SQ200810091380
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者佐藤光彥, 大熊繁, 富田睦雄, 道木慎二, 金子清一 申請人:愛知Elec株式會社