TWI500239B

TWI500239B - Permanent magnetic synchronous motors and compressors using them

Info

Publication number: TWI500239B
Application number: TW102143577A
Authority: TW
Inventors: Akeshi Takahashi; Eri Maruyama
Original assignee: Hitachi Ind Equipment Sys
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-09-11
Also published as: JP2014217189A; CN105103412A; CN105103412B; JP6002625B2; TW201442398A; WO2014174864A1

Description

永久磁性同步電機及使用其之壓縮機

本發明係關於一種永久磁性同步電機及使用其之壓縮機者。

於永久磁性同步電機中，廣泛採用於轉子中埋設永久磁鐵之Interior Permanent Magnet(內置永久磁鐵)(以下，IPM)構造。於IPM構造中，由於直軸電感Ld與橫軸電感Lq之比、所謂之凸極比變大，故除了磁鐵轉矩以外亦可活用磁阻轉矩。

作為活用磁阻轉矩之永久磁性同步電機之先前技術，有日本專利特開2001-119875號公報(專利文獻1)所記載之同步電機。於該公報中，轉子100具有於軸向串聯結合磁性凸極型轉子部102與磁鐵型轉子部101之構造，磁性凸極型轉子部102之磁性凸極型場磁極之磁通及磁鐵型轉子部101永久磁鐵型場磁極之磁通係與共通之多層電樞線圈交鏈。藉由如此般構成，與產生磁性凸極型場磁極之磁阻轉矩與永久磁鐵型場磁極之磁鐵轉矩之合成轉矩之同步電機相比較，可最優設定兩轉子部之相對角度，而增大每永久磁鐵量之合成轉矩。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2001-119875號公報

在專利文獻1之同步電機中，藉由採用IPM構造而增大凸極比，從而活用磁阻轉矩。然而，根據用途或輸出、及馬達實體形式，有即便採用IPM構造，即，即便增大凸極比亦難以活用磁阻轉矩者。此係由磁阻轉矩之大小並非僅依存於凸極比之大小，亦依存於與磁鐵轉矩之相對關係所致。

然而，於先前之設計理論中忽視了此種觀點。因此，有無法活用磁阻轉矩而無法謀求輸出提高或效率提高，另一方面，由於凸極比較大故電感變大，而導致鐵損增加，而難以實現高速化之情形。

本發明之目的在於在永久磁性同步電機中，即使於難以活用磁阻轉矩之情形時，亦可實現轉矩提高、效率提高、高速旋轉化。

為達成上述目的，於本發明中，於具有由以構成複數個極之方式配備之永久磁鐵構成之轉子之永久磁性同步電機中，上述永久磁鐵之定子線圈交鏈磁通Ψp與電流IArms通電時之直軸電感Ld及橫軸電感Lq滿足數1之關係，

且驅動時之定子交鏈磁通Ψ與上述Ψp滿足數2之關係，藉此，緩和定子鐵芯之磁性飽和。

根據本發明，轉矩及效率提高，且可實現高速旋轉化。

上述以外之問題、構成及效果，將根據以下之實施形態之說明而明確。

1‧‧‧轉子

2‧‧‧轉子鐵芯

3‧‧‧永久磁鐵

4‧‧‧永久磁鐵收納孔

5‧‧‧鉚接用鉚釘

6‧‧‧軸或曲軸

7‧‧‧切口

7a‧‧‧切口

7b‧‧‧切口

8‧‧‧極

9‧‧‧定子

10‧‧‧定子鐵芯

11‧‧‧齒狀部分

12(12u1、12u2、12u3、12v1、12v2、12v3、12w1、12w2、12w3)‧‧‧定子線圈

13‧‧‧固定捲動構件

14‧‧‧端板

15‧‧‧螺旋狀搭接

16‧‧‧旋轉捲動構件

17‧‧‧端板

18‧‧‧螺旋狀搭接

19(19a、19b)‧‧‧壓縮室

20‧‧‧噴出口

21‧‧‧框架

22‧‧‧壓力容器

23‧‧‧噴出管

24‧‧‧平衡重量

25‧‧‧油積存部

26‧‧‧油孔

27‧‧‧滑動軸承

30‧‧‧端子箱

101‧‧‧磁鐵型轉子部

102‧‧‧肋

102‧‧‧磁性凸極型轉子部

103‧‧‧q軸空孔

103‧‧‧永久磁鐵馬達

圖1係對本發明之第1實施例之永久磁性同步電機，以垂直於旋轉軸之橫剖面顯示定子與轉子之圖。

圖2係顯示本發明之數3之關係之圖。

圖3係本發明之第1實施例之轉矩特性之說明圖。

圖4係永久磁鐵馬達之矢量圖。

圖5係對本發明之第1實施例之永久磁性同步電機，以垂直於旋轉軸之橫剖面顯示轉子之圖。

圖6係對本發明之第1實施例之永久磁性同步電機，以垂直於旋轉軸之橫剖面顯示轉子之圖。

圖7係本發明之第2實施例之馬達特性之一例。

圖8係6極9槽三相馬達之定子線圈連接圖。

圖9(a)-(c)係磁鐵轉矩與磁阻轉矩之原理說明圖。

圖10係永久磁鐵馬達之矢量圖。

圖11係以垂直於旋轉軸之橫剖面顯示與本發明為比較例之永久磁性同步電機之轉子之局部剖面圖。

圖12係本發明之第3實施例之壓縮機之剖面構造圖。

以下，對本發明之實施例參照圖式進行說明。於以下之說明中，對同一構成要素添附有同一記號。該等名稱及功能相同，而避免重複說明。又，於以下之說明中雖以內轉型轉子為對象，但本發明之效果並非限定於內轉型轉子者，亦可應用於具有相同之構成之外轉型轉子。

又，定子之繞組方式既可為同心繞組亦可為分佈繞組。又，轉子之極數、定子線圈之相數亦非限定於實施例之構成者。又，於以下之說明中雖以變頻器驅動之永久磁鐵馬達為對象，但本發明之效果亦可應用於自行啟動型永久磁鐵馬達。

【實施例1】

以下，使用圖1至6，對本發明之第1實施例進行說明。又，於本實施例之說明時，參照圖8至11。

圖2係顯示本發明之數3之關係之圖。

圖3係本發明之第1實施例之轉矩特性之說明圖。

圖4係永久磁鐵馬達之矢量圖。

圖5及圖6係對本發明之第1實施例之永久磁性同步電機，以垂直於旋轉軸之橫剖面顯示轉子之圖。

圖8係6極9槽三相馬達之定子線圈連接圖。

圖9係磁鐵轉矩與磁阻轉矩之原理說明圖。

圖10係永久磁鐵馬達之矢量圖。

對本實施例之永久磁性同步電機，使用圖1進行說明。

在本實施例之永久磁性同步電機中，於定子9之內周側具備轉子1。將轉子1隔著間隙G利用未圖示之軸承旋轉自如地保持於定子9。

定子9包含具有齒狀部分11之定子鐵芯10與捲繞於齒狀部分11之定子繞組12。定子繞組12依次於周向配置三相之繞組U、V、W。U相、V相及W相之各相串聯連接有3個線圈(參照圖8)。將全部9個線圈12u1、12u2、12u3、12v1、12v2、12v3、12w1、12w2、12w3分開捲繞於各齒狀部分11，而構成同心繞組之永久磁性同步電機。

因此，於定子9上，設置有9個齒狀部分11及槽。轉子1包含具備永久磁鐵收納孔4之轉子鐵芯2與以構成6極(極對數p=3)之方式配置之永久磁鐵3。於轉子1之中心部分中，形成有軸(旋轉軸、輸出軸)6貫通之貫通孔6a，且於貫通孔6a中插通有軸6。

本實施例之永久磁性同步電機如圖1所示，轉子1具有方形狀之磁鐵收納孔4，且於磁鐵收納孔4中埋設有永久磁鐵3。將永久磁鐵3***磁鐵收納孔4，且沿著周向設置複數個永久磁鐵3與磁鐵收納孔4，藉此，於轉子1之內部沿著周向構成複數個極8。

永久磁鐵3之定子線圈一相序部分之交鏈磁通Ψp(Wb)與對定子線圈通電相電流有效值Irms(Arms)時之直軸電感Ld(H)及橫軸電感Lq(H)具有下述之數3之關係。

又，驅動時之定子交鏈磁通Ψ與上述Ψp滿足數4之關係。

此處首先，關於數3之物理量及磁阻轉矩之產生原理，使用圖3、圖8及圖9進行說明。於本實施例中，雖對6極9槽之三相馬達進行說明，但亦可為具有4極6槽、或其他極數及槽數之三相馬達。

例如如圖8所示，對串聯連接之U相繞組12u1、12u2、12u3，自變頻器供給峰值I(將此時之有效值設為Irms)之交流電流iu。關於V相繞組12v1、12v2、12v3、W相繞組12w1、12w2、12w3雖亦相同，但各相之電流相位以電角度各偏移120°。I或Irms之大小可藉由使用瓦特計等機器求出。或，亦可藉由以示波器等取得電流波形並進行傅利葉分析而求出。

藉由將與轉子1機械結合之軸6連結於負載，並適當選擇電流I之大小與相位，產生如與負載平衡般之旋轉轉矩Me。定子線圈一相序部分之交鏈磁通Ψp可藉由在開放圖8所示之U、V、W之端子Tu、Tv、Tw之狀態下外部驅動轉子1，並測定此時之相電壓峰值E0、或線間電壓峰值E0×3而求出。具體而言，自數5求出以每分鐘之旋轉數N[rpm]外部驅動時之角頻率ω[rad/s]，並將其代入數6而獲得。其中，p為極對數。

然而，磁鐵馬達之轉矩Me一般係因定子繞組U、V、W各相之通電電流產生之旋轉磁場與轉子磁極之吸引．排斥而產生。所謂轉子磁極，於磁鐵馬達之情形時，指由磁鐵形成之磁場之情況較多，考慮磁阻轉矩時，若將藉由受旋轉磁場之影響轉子鐵芯磁化而形成之磁場亦認作磁極之一種則易於理解。

另，由於磁鐵馬達之同步運轉時之電流或磁通為交流量，故一般採用轉換成dq軸座標系(旋轉座標系)而作為直流量進行處理之方法。一般而言，於dq軸座標系中將轉子之磁極中心軸設為d軸，將相對d軸朝逆時針方向以電角度前進90°之軸、即極性不同之永久磁鐵間之中心軸設為q軸。該情形時，無論轉子位置於何，均可僅以dq軸與旋轉磁場之相對之位置關係考察轉矩等諸物理量。

使用圖9說明磁鐵馬達之轉矩產生原理。於圖中，將逆時針方向設為正方向。(a)顯示磁鐵轉矩。(b)顯示d軸電流為負之情形時產生之磁阻轉矩，係由轉子q軸之磁化所致者。(c)顯示d軸電流為負之情形時產生之磁阻轉矩，係由轉子d軸之磁化所致者。

如(a)所示，磁鐵轉矩係因d軸上產生之磁鐵磁通與由q軸電流形成之磁場之吸引及排斥而產生之轉矩。此時，於磁鐵磁通與d軸電流磁場之間雖產生徑向之斥力，但不會產生旋轉力。

另一方面，如(b)所示，轉子q軸因q軸電流磁場而磁化之情形時，於轉子q軸之磁化與d軸電流磁場之間產生引力及斥力。此係磁阻轉矩，於d軸電流為負之情形時即弱場磁運轉時獲得正轉矩，而於增磁作用時成為負轉矩。

同樣地，如(c)所示般轉子d軸易磁化之情形時，亦在與q軸電流磁場之關係中產生磁阻轉矩，該等於弱場磁運轉時成為負轉矩，而於增磁作用時成為正轉矩(一般將(b)與(c)之和稱作磁阻轉矩)。

磁鐵轉矩若為q軸電流一定以下則與磁鐵所產生之磁通量成正比。即，為增加磁鐵轉矩需要增加磁鐵量，或使用高強度之磁鐵，而導致成本增加。與此相對，由於磁阻轉矩與q軸與d軸之電感之差成正比，故考慮可藉由以增大兩者之差之方式構成轉子磁性電路而謀求轉矩之增加。

於是，相對於以上述要領求數3之構成物理量中之Ψp、Irms，關於Ld、Lq之求法，有如多爾頓．卡梅隆法等之轉子靜止法、或根據如以下將敍述般之矢量圖進行逆運算之方法。

使用圖10之dq軸座標系之矢量圖，對磁鐵馬達之同步運轉時之電流、電壓及磁通進行說明。

以永久磁鐵之定子線圈一相序部分之交鏈磁通Ψp之相位為基準，並將此看作d軸，而Ψp之時間微分即感應電動勢E0產生於相位前進90°之q軸。施加於馬達之相電壓V與馬達中通電之相電流I相對E0分別具有θ、β之相位差時，可將V、I如數7及數8所示般分解為d軸成分、q軸成分。

【數7】 V_d =-V．sinθ V_q =V．cosθ

【數8】I_d =-I．sinβ I_q =I．cosβ

另，圖10之電阻R可藉由使用惠斯登電橋等電阻測試器而測量。又，關於電壓相位差角θ、電流相位差角β，可藉由取得E0、V、I之波形，算出各基本波成分之相位關係而求出。於圖10中雖表示使用相電壓、相電流之波形之情形，但例如代替相電壓而取得線間電壓之情形時，亦可藉由考慮相電壓與線間電壓之相位差同樣地求θ、β。

使用上述獲得之物理量，Ld、Lq可自數9之電壓方程式求出。

【數9】V_d =R．I_d -ω ．L_q ．I_q V_q =R．I_q +ω ．L_d ．I_d +E₀

以上，關於數3之物理量及磁阻轉矩之產生原理予以說明。

接著，說明藉由滿足本發明之基本原理、即數3之關係，且滿足數4之關係，可謀求轉矩提高、效率提高、高速旋轉化之原理。

一般產生轉矩Me係以使用極對數p、永久磁鐵之定子線圈一相序部分之交鏈磁通Ψp、直軸電流Id、橫軸電流Iq以數10顯示之下式表示。

其中，Id、Iq、Ψp為峰值。

在數10中，{ }內第一項表示磁鐵轉矩，第二項表示磁阻轉矩。如自該式而明確般，磁阻轉矩分別與Lq-Ld、Id、Iq成正比。因此，先前作為磁阻轉矩之大小之指標使用凸極比Lq/Ld、或Lq-Ld。然而，磁阻轉矩對產生轉矩Me有多大幫助，係由與磁鐵轉矩之相對關係決定。例如，磁阻轉矩相對磁鐵轉矩於極端較小之情形時，即便磁阻轉矩稍微變動(增減)，亦幾乎不會對產生轉矩Me有影響。因此，表示磁阻轉矩之大小之指標中，除了先前之凸極比以外，需要新導入可參考與磁鐵轉矩之相對關係之其他物理量。

此處，磁鐵轉矩於電流相位差角β=0時成最大，其最大值Mp，max可由數8、數10以下式表示。

另一方面，磁阻轉矩於β=π/4(電角度中45deg.)時成最大，其最大值Mr，max可由數8、數10以下式表示。

由於數11與數12之比就是表示磁阻轉矩之大小之指標，故將該比定義為磁阻轉矩比α。使用電流峰值I之情形時，成，使用電流有效值Irms之情形時，成。於本發明中係使用利用電流有效值Irms之數14。

如自數14而明確般，可知作為表示磁阻轉矩之大小之指標，除了先前之Ld、Lq，新導入有Ψp、Irms。其中，Ψp係由永久磁鐵之物性與形狀、定子繞組規格、馬達剖面形狀決定，可自一般之感應電動勢測試試驗求出。同樣地，Ld、Lq亦係由馬達構成與通電電流Irms決定，可自一般之馬達電感測試法求出。因此，Ψp、Ld、Lq係針對每個馬達決定之常數，而數14可作為α與Irms之線性函數處理。

磁阻轉矩比α雖藉由使數14之右邊、尤其電流值改變可採用任意之值，但自產生轉矩提高、效率提高之觀點而言，較理想為在如圖3所示般磁阻轉矩Mr成最大之β=45deg.中，產生轉矩Me為與磁鐵轉矩最大值Mp，max同等或為其以上。若再稍微詳細說明，則為永久磁性同步電機於進行效率最大化控制之情形時，於電流相位差角為0~45°之範圍中驅動。產生轉矩Me於電流相位差角為0°與45°時成為最小值。因此，於電流相位差角為0°與45°時，使產生轉矩Me為與磁鐵轉矩最大值Mp，max同等或為其以上，藉此，可活用磁阻轉矩。即，只要之關係成立即可。整理數15後，成為，進而使用數14進行變化後獲得下式。

根據以上，顯示作為表示磁阻轉矩之大小之指標，除了先前之Ld、Lq以外，需要導入Ψp、Irms，且為有效活用磁阻轉矩需要滿足數17之關係式。

然而，數17不成立之情形時、即數3之關係成立之情形時，難以活用磁阻轉矩。於此種狀況下，即便採用如圖11所示般之IPM構造，亦無法謀求輸出提高或效率提高，另一方面，由於因凸極比較大故q軸電感較大，故導致鐵損增加，而難以實現高速旋轉化。

因此，驅動時之定子交鏈磁通Ψ與上述Ψp滿足數4之關係此點較重要。對於該理由使用圖4進行說明。圖4係在dq軸上表示馬達驅動狀態之諸物理量者，關於與圖10重複之記號，由於其物理意義為同義故省略說明。

首先，驅動時之定子交鏈磁通Ψ以永久磁鐵3之定子線圈一相序部分之交鏈磁通Ψp(Wb)為起點，以因d軸電流Id產生之反作用磁通LdId與因q軸電流Iq產生之反作用磁通LqIq之矢量和表示。

雖在圖4所示之dq軸上，Ψ為直流量，但自任意之定子線圈觀察之情形時為交流量，於捲繞有定子線圈之齒狀部分上，因Ψ之交流變化產生磁滯損與渦流損、即鐵損。由於一般磁滯損與Ψ之峰值成正比，渦流損與Ψ之峰值之平方成正比，故為減少鐵損，較理想為減小Ψ。然而，於先前之IPM構造中，由於一般為活用磁阻轉矩而增大Lq，故如自圖4亦明確般，伴隨LqIq矢量之伸長，Ψ易變得較Ψp更大。

雖於可活用磁阻轉矩之情形時，由於必然流通負Id，故易利用LdId矢量抑制Ψ，但於無法活用磁阻轉矩之情形時，由於無須流通負Id，故無法抑制Ψ而導致鐵損增加。因此，於數3之關係成立之情形時、即無法活用磁阻轉矩之情形時，自減少鐵損之觀點出發同時滿足數4之關係此點極其重要。

接著，對數4之重要性亦自高速旋轉化之觀點出發進行說明。於驅動時，若無視由定子線圈之電阻引起之電壓下降量，則可將馬達端子電壓V看作與定子交鏈磁通Ψ之時間微分等價，可以下式近似。另，如圖4所示，V以相對Ψ前進90deg.之矢量表示。

現在，若將馬達端子電壓之上限值設為Vmax，則如自數18而明確般，可以減小Ψ之量增大ω，即可實現高速旋轉化。

根據以上，說明可藉由滿足數3之關係，且滿足數4之關係，謀求轉矩提高、效率提高、高速旋轉化之原理。

其中，作為如滿足數3之關係，且滿足數4之關係般之具體之構成，有如圖1所示般之轉子構造。

在圖1中，於轉子1上，於永久磁鐵3之徑向外周部(外周側)配置有由非磁性體構成之切口7。又，鄰接之極8之磁極間之轉子鐵芯2構成為較上述永久磁鐵收納孔4之周向端部更向內周側凹陷。藉由設為此種構成降低q軸電感，緩和定子鐵芯之磁性飽和。尤其，藉由構成為使磁極間之轉子鐵芯2向內周側凹陷，可大幅減少欲透過永久磁鐵3之徑向內周部(內周側)之q軸磁通。根據以上之構成，可實現轉矩提高、鐵損減少、效率提高、及高速旋轉化。

然而，驅動上述永久磁性同步電機之情形時，電流相位差角β雖可根據控制軟體之構成任意設定，但在滿足數3般之構成中，產生轉矩成最大之控制動作點存在於0deg.≦β≦22.5deg.之範圍。因此，藉由控制為成為上述相位，可更確實地謀求轉矩提高、效率提高。

另，永久磁鐵3既可不於周向進行分割而一體地構成每1極，亦可於周向分割成複數個而配置。

又，構成1極之永久磁鐵3及磁鐵收納孔4並不限定於1個。例如，亦可於周向分割構成1極之永久磁鐵3，並配合各個磁鐵設置磁鐵收納孔4，且於鄰接之收納孔之邊界上設置肋等。

又，永久磁鐵3及磁鐵收納孔4既可於旋轉軸方向分割成複數個而構成，亦可不分割而一體地構成。

轉子鐵芯2既可以於軸向堆疊之積層鋼板構成，亦可以壓製磁蕊等構成，且亦可以非晶質金屬等構成。

在本實施例中，磁鐵收納孔4形成為與構成1極之永久磁鐵之磁極中心軸正交，又，自旋轉軸方向觀察為平板狀。收納於磁鐵收納孔4之永久磁鐵3亦配合磁鐵收納孔4之形狀而形成於平板上。由於藉由設為此種構成，除了可將磁鐵之成形製程抑制為最小限度，磁鐵之***步驟亦簡化，故可抑制製造成本。

又，由於藉由將磁鐵收納孔設為平板狀，與V字狀之收納孔等相比較，可減小轉子鐵芯之每1極之外周部核心面積，故隨之可減小q軸電感。另，為減小轉子鐵芯之每1極之外周部核心面積，亦可以如向徑向外側凸出般之形狀而非平板狀構成磁鐵收納孔。

切口7只要配置為不會阻礙磁鐵磁通之透過的同時阻礙q軸磁通之透過即可，既可設為直線狀，亦可設為圓弧狀。又，既可一連串地構成，亦可以肋等分割而構成。又，於圖1中雖對每一極配置有4條，但若在可製作之範圍內則無論為幾條均可。又，各切口7之寬度既可為均一，亦可為不均一。

切口7係如上述般阻礙q軸磁通之透過，而不會阻礙磁鐵磁通之透過。因此，切口7設置為相對在未設置有切口7之狀態下於轉子鐵芯2之永久磁鐵3之外周側產生之磁鐵磁通與q軸磁通，橫切q軸磁通，且設置為儘可能不橫切磁鐵磁通而沿著磁鐵磁通。若以符合該條件之方式設置切口7，則切口7成為於橫切q軸磁通之方向(沿著磁鐵磁通之方式)較長(尺寸較大)，而於橫切磁鐵磁通之方向(沿著q軸磁通之方向)較短(尺寸較小，或寬度較窄)之形狀。

對切口7，參照圖5進一步詳細說明。圖5之構成與圖1不同之點為不僅於永久磁鐵3之徑向外周部(外周側)設置切口7a，亦於徑向內周部(內周側)設置有切口7b之點。

在圖5中，d軸通過轉子1之旋轉中心(軸6之中心)O與磁鐵收納孔4之中央4o。永久磁鐵3以相對d軸線對稱之方式以嵌入之方式***至磁鐵收納孔4。永久磁鐵3亦可以留有空隙而非完全嵌入之方式***磁鐵收納孔4。於本實施例中，由於d軸通過磁極之中央，故以下將d軸稱為磁極中央線30c1。

切口7a以在外周側接近磁極中央線30c1，於內周側遠離磁極中央線30c1之方式，相對磁極中央線30c1傾斜形成。即，切口7a以外周側端部相對內周側端部接近磁極中央線30c1之方式，相對磁極中央線30c1傾斜形成。具體而言，以自切口7a之中心線7ac1之外周側端部7ao降至磁極中央線30c1之垂線之長度(外周側端部7ao與磁極中央線30c1之距離)d7ao較自切口7a之中心線7ac1之內周側端部7ai降至磁極中央線30c1之垂線之長度(內周側端部7ai與磁極中央線30c1之距離)d7ai更短之方式，切口7a相對磁極中央線30c1傾斜。

切口7a在一個磁極中，至少形成於磁極中央線30c1之單側。本實施例之情形時，於磁極中央線30c1之兩側形成有切口7a。又，形成於磁極中央線30c1之兩側之切口7a形成為相對磁極中央線30c1線對稱。藉由將切口7a形成為相對磁極中央線30c1線對稱，關於磁鐵磁通與q軸磁通之透過性之設計變得容易。然而，並非必須將切口7a形成為相對磁極中央線30c1線對稱。

切口7a在圖5中，雖以具有上述傾斜之方式形成為直線狀，但亦可形成為圓弧狀。將切口7a形成為圓弧狀之情形時，只要以沿著磁鐵磁通之方式向磁極中央線30c1描繪凸形狀之曲線即可。

接著，對圖5所示之切口7b進行說明。另，由於不設置切口7b之情形時亦可獲得由切口7a所致之效果，故並非必須設置切口7b。然而，藉由設置切口7b，可獲得以下說明之效果。

切口7b設置於永久磁鐵3之徑向內周部(內周側)，且與切口7a同樣地以非磁性體構成。

藉由設為此種構成，q軸電感之降低效果進一步提高，而可進一步緩和定子鐵芯之磁性飽和。藉此，可實現永久磁性同步電機之進一步之高速旋轉驅動的同時可謀求進一步之轉矩提高及效率提高。切口7b只要配置為不會阻礙磁鐵磁通之透過的同時阻礙q軸磁通之透過即可，既可設為直線狀，亦可設為圓弧狀。又，既可一連串地構成，亦可以肋等分割而構成。又，若在可製作之範圍內則無論為幾條均可。又，各切口之寬度既可為均一，亦可為不均一。

此處，作為切口7b之另一效果有永久磁鐵3之耐去磁性提高。永久磁鐵3之不可逆去磁之產生係於定子線圈於與永久磁鐵3之磁化方向為相反之方向產生過大之磁場時。定子線圈產生之磁場之大小雖與電流之大小與繞組之折回數、即安匝折回成正比，但若考慮安匝折回固定之情形，則施加於永久磁鐵3之磁場(以下，去磁磁場)之大小根據與間隙部分或定子鐵芯或轉子鐵芯之磁阻之兼顧而決定。即，永久磁鐵3以外之部分之磁阻越大，去磁磁場(施加於永久磁鐵3之磁場)越小。此處，若考慮無切口7b之情形，則由於永久磁鐵3之徑向內周部核心部分中無阻礙磁通之透過之因素，故磁阻非常小。與此相對，由於藉由設置切口7b，而磁通沿著切口7b透過，故限定磁路磁阻增加。藉此，由於可減小去磁磁場(施加於永久磁鐵3之磁場)，故永久磁鐵3之耐去磁性提高。

另，於如圖6所示般之構成中亦可獲得與本實施例中敍述之效果相同之效果。圖6之構成與圖5不同之點為於轉子鐵芯2之外周部之磁極間設置肋102，且於其內周側設置q軸空孔103之點。於設為此種構成之情形時亦可大幅降低欲透過永久磁鐵3之徑向內周部(內周側)之q軸磁通，而可緩和定子之磁性飽和。又，由於藉由設置肋102，相對於永久磁鐵3之外周部核心起作用之離心力載荷強度提高，故可實現進一步之高速旋轉化。設置肋102之位置，於圖6中雖設為較永久磁鐵3更靠向外周側，但若可獲得上述效果，則並非必須設為永久磁鐵3之外周側，既可與永久磁鐵3設置於同一圓周上附近，亦可設置於永久磁鐵3之內周側。又，肋102之寬度可在可謀求永久磁鐵3之漏磁通減少與轉子強度提高之併存之範圍內任意設定。又，q軸空孔103在圖6中雖設為半圓狀之形狀，但若可減少q軸磁通，其形狀可並不一定為半圓狀。又，q軸空孔103在圖6中雖於極間每1部位僅設置有1個，但亦可設置2個或其以上之複數個。

【實施例2】

以下，使用圖7對本發明之第2實施例進行說明。圖7係本發明之第2實施例之馬達特性之一例。

在本實施例中，如圖7所示，於在最大電流通電狀態下產生最大轉矩Me，max之永久磁性同步電機中，藉由構成為將馬達端子電壓成為Vmax時之旋轉數設為Nsat，另一方面，將因外部驅動而產生之感應電動勢成為Vmax時之旋轉數設為Nmax，而Nmax<Nsat，可實現高速旋轉化。

如實施例1中敍述般，由於電壓以數18表示，故於數4之關係成立之情形時，Nmax<Nsat成立。

【實施例3】

以下，使用圖12對本發明之第3實施例進行說明。圖12係本實施例之壓縮機之剖面構造圖。

在圖12中，壓縮機構部咬合直立於固定捲動構件13之端板14之螺旋狀搭接15與直立於旋轉捲動構件16之端板17之螺旋狀搭接18而形成。且，藉由利用曲軸6使旋轉捲動構件16旋轉運動而進行壓縮動作。包含固定捲動構件13及旋轉捲動構件16之壓縮室19(19a、19b、......)中，位於最外徑側之壓縮室19隨著旋轉運動向兩捲動構件13、16之中心移動，而容積逐漸縮小。

兩壓縮室19a、19b到達兩捲動構件13、16之中心附近後，兩壓縮室19內之壓縮氣體自與壓縮室19連通之噴出口20噴出。噴出之壓縮氣體通過設置於固定捲動構件13及框架21之氣體通路(未圖示)到達至框架21下部之壓力容器22內，且自設置於壓力容器22之側壁之噴出管23排出至壓縮機外。於壓力容器22內，內封包含定子9與轉子1之永久磁鐵馬達103，藉由轉子1旋轉，進行壓縮動作。於永久磁鐵馬達103之下部，設置有油積存部25。油積存部25內之油藉由因旋轉運動產生之壓力差，通過設置於曲軸6內之油孔26，供旋轉捲動構件16與曲軸6之滑動部、滑動軸承27等之潤滑。於壓力容器22之側壁設置用以將定子線圈12抽出至壓力容器22之外側之端子箱30，例如，三相永久磁鐵馬達之情形時，供應總計3個U、V、W各繞組之端子。藉由對永久磁鐵馬達103應用上述實施例1、或實施例2所記載之永久磁性同步電機，可驅動至更高速旋轉的同時可謀求轉矩提高及效率提高。

然而，於現在之家庭用.工作用空調機中，於壓縮容器22內封入R410A冷媒者較多，而永久磁鐵馬達103之周圍溫度成為80℃以上之情形較多。由於今後若進一步採用地球溫室效應係數更小之R32冷媒則周圍溫度進一步上升，故磁鐵之Br降低更顯著。於此種情形時，藉由應用上述實施例1、或實施例2所記載之永久磁性同步電機，可彌補因Br降低引起之轉矩降低、效率降低。尤其於以鐵氧體磁鐵構成永久磁鐵3之情形時，由於以釹磁鐵將成為問題之高溫去磁原理上不會產生，故成為對伴隨R32冷媒採用之周圍溫度上升有效之對策。另，對本實施例之壓縮機應用上述實施例1、或實施例2所記載之永久磁性同步電機時，並不限制冷媒之種類。

另，壓縮機構成既可為圖12所記載之捲動壓縮機，亦可為旋轉壓縮機，且亦可為具有其他壓縮機構之構成。又，根據本發明，可如以上說明般實現小型且高輸出之馬達。於是可擴大可實現高速運轉等之運轉範圍，進而，於He或R32等冷媒中，與R22、R407C、R410A等冷媒相比較，由於自空隙之漏泄變大，尤其低速運轉時漏泄相對循環量之比例顯著變大，故效率較低較大。藉由為提高低循環量(低速運轉)時之效率而將壓縮機構部小型化，且為獲得相同之循環量而提高旋轉數，減少漏泄損失雖可成為有效之方法，但為確保最大循環量亦需要提高最大旋轉數。根據具備本發明之永久磁性同步電機之壓縮機，可提高最大旋轉數，而成為對He或R32等冷媒之效率提高有效之機構。