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WO2014192683A1 - 永久磁石を用いた回転電機 - Google Patents

永久磁石を用いた回転電機 Download PDF

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WO2014192683A1
WO2014192683A1 PCT/JP2014/063810 JP2014063810W WO2014192683A1 WO 2014192683 A1 WO2014192683 A1 WO 2014192683A1 JP 2014063810 W JP2014063810 W JP 2014063810W WO 2014192683 A1 WO2014192683 A1 WO 2014192683A1
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permanent magnet
stator
permanent
magnet
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Inventor
真琴 松下
則雄 高橋
大輔 三須
活徳 竹内
豊 橋場
正行 川上
荒木　貴志
山本　雄司
久巳 葛山
Original Assignee
株式会社 東芝
東芝産業機器システム株式会社
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    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
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    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a rotating electrical machine in which permanent magnets are embedded in a rotor.
  • the efficiency regulation (top runner regulation) of the three-phase induction motor which accounts for 80% (capacity based, Ministry of Economy, Trade and Industry, production dynamics statistics in 2008) of the motor market is advanced.
  • the efficiency of the three-phase induction motor is defined in JIS C43034-30 (IEC 60034-30) as IE1 (standard efficiency), IE2 (high efficiency), and IE3 (premium efficiency).
  • IE1 standard efficiency
  • IE2 high efficiency
  • IE3 premium efficiency
  • connection dimensions (frame numbers) of the three-phase induction motor are defined in JIS C 4210, and the user maker (equipment maker etc.) designs the equipment according to it. Therefore, there is a need for products compatible with current products.
  • IE4 superior premium efficiency
  • a synchronous motor hereinafter sometimes referred to as a permanent magnet type rotating electric machine
  • the IE4-efficient permanent-magnet-type electric rotating machine also needs to achieve the IE4 efficiency while maintaining compatibility with the current product, similarly to the IE3-efficiency product. That is, it is necessary to devise the shape (magnet arrangement etc.) of the rotor while utilizing the current frame and shape (outer shape) of the stator core. In addition, since permanent magnets use rare earth neodymium magnets including rare earths in terms of required performance, it is also necessary to reduce the amount used.
  • a stator having an armature winding, a rotor rotatably provided inside the stator and having a rotor core, and a V shape in the rotor core of the rotor It is a permanent-magnet-type rotary electric machine provided with the permanent magnet embedded in the magnet embedding hole arrange
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a permanent magnet type rotary electric machine according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of the rotor of the permanent magnet type rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows the position of the outer circumferential apex of the magnet insertion slot provided in the rotor of the permanent magnet type rotating electrical machine of the first embodiment, the back surface depth D of the slot of the stator core and the magnet embedding depth It is a characteristic view showing the relation between ratio A with t, and efficiency standardization value x torque standardization value.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a permanent magnet type rotary electric machine according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of the rotor of the permanent magnet type rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows the position of the outer circumferential apex of the magnet insertion slot provided in the rot
  • FIG. 4 is a characteristic showing the relationship between the value of the efficiency normalized value of the rotor of the permanent magnet type rotating electrical machine of the first embodiment ⁇ the torque normalized value and the ratio B of the tooth width w1 and the slot width w2.
  • FIG. 5 is a characteristic showing the relationship between the value of the normalized efficiency value of the permanent-magnet type rotating electrical machine of the first embodiment ⁇ the amount of magnet (reciprocal number) normalized value and the angle ⁇ of the inner peripheral vertex of the permanent magnet.
  • FIG. FIG. 6 shows the relationship between the efficiency normalized value of the rotor of the permanent magnet type rotating electrical machine of the first embodiment ⁇ the torque normalized value and the thickness Th of the inner peripheral side insertion port in the magnet embedding hole.
  • FIG. 1 shows a permanent magnet type reactance rotary electric machine 10 (herein referred to as a rotary electric machine 10) according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a rotor 14 incorporated in the rotary electric machine 10 of FIG.
  • the rotary electric machine 10 is, for example, an inner rotor type rotary electric machine, and has an annular (cylindrical shape in this embodiment) stator 12 supported by a fixed frame (not shown); And a rotor 14 rotatably supported internally and coaxially with the stator 12.
  • the stator 12 includes a cylindrical stator core 16 and armature windings (not shown) embedded in the stator core 16.
  • the stator core 16 has a structure in which a large number of magnetic materials, for example, annular magnetic steel sheets, are concentrically stacked.
  • the inner periphery of the stator core 16 is formed with a plurality of slots 20 extending in the axial direction.
  • An armature winding is embedded in the plurality of slots 20.
  • the number of slots 20 of the stator core 16 is thirty six.
  • the number of slots 20 of the stator core 16 is not limited to this, and may be a multiple of 18, for example, 54, 72, 90 or the like.
  • the rotor 14 has a rotary shaft 22 whose both ends are rotatably supported by bearings (not shown) and a cylindrical rotation fixed at a substantially central portion in the axial direction of the rotary shaft 22.
  • the iron core 24 and a plurality of (12 in the present embodiment) permanent magnets 26 embedded in the rotor core 24 are provided.
  • the rotor 14 is coaxially disposed inside the stator 12 with a slight gap.
  • the rotor core 24 is a laminated body in which a large number of magnetic materials, for example, annular electromagnetic steel plates 24 a are laminated concentrically.
  • the rotor core 24 has a plurality of radially extending easy magnetization axes d (portions through which the magnetic flux easily passes) and a plurality of radially extending hard magnetization axes q (portions through which the magnetic flux is unlikely to pass). These d and q axes are alternately provided in the circumferential direction of the rotor core 24 and in a predetermined phase.
  • Two magnet embedding holes 34 are formed on both sides of each q axis.
  • Each magnet embedding hole 34 extends through the rotor core 24 in the axial direction.
  • two magnet embedding holes 34 are provided substantially in a V-shape.
  • the ends on the inner circumferential side of the two magnet embedding holes 34 close to the rotation shaft 22 face each other with the q axis in close proximity, and the two magnet embedding holes 34 near the circumference of the rotor core 24
  • the ends on the outer circumferential side are spaced apart in the circumferential direction.
  • Each permanent magnet 26 is inserted into the respective magnet embedding holes 34 and embedded in the rotor core 24.
  • Each permanent magnet 26 is, for example, a rectangular elongated axial rod having a flat cross section, and has a length substantially equal to the axial length of the rotor core 24. That is, each permanent magnet 26 extends over substantially the entire length of the rotor core 24 in the axial direction.
  • the two permanent magnets 26 located on both sides of each q axis are also arranged substantially in a V-shape.
  • Each permanent magnet 26 is magnetized in the thickness direction.
  • the two permanent magnets 26 located on both sides of each q-axis have the same q-axis direction component in the magnetization direction, and the two permanent magnets 26 located on both sides of each d-axis have each d-axis in the magnetization direction
  • the directional component is the reverse direction.
  • the region on each d axis in the outer peripheral portion of the rotor core 24 functions as the magnetic pole portion 40 and the region on each q axis functions as the interpole portion 42 Do.
  • the permanent magnets 26 and the magnet embedding holes 34 in the rotor core 24 are arranged in a V shape so as to cancel the magnetic flux from the armature winding passing between the magnetic poles of the rotor core 24.
  • the rotor 14 is generated by the interaction between the rotating magnetic field generated from the armature winding and the generated magnetic field of the permanent magnet 26 by energizing the armature winding. Rotates about the rotation axis 22.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram in which the efficiency and torque of the rotating electrical machine are normalized, and the value of efficiency normalized value ⁇ torque normalized value is denoted by ⁇ and A.
  • This characteristic chart is prepared by preparing a plurality of test motors having different parameters of the stator 12 and the rotor 14 of the rotary electric machine 10 according to this embodiment and analyzing the operation when each motor is operated. It is.
  • ⁇ is a straight line L1 connecting the center position between two permanent magnets 26 arranged in a V shape and the center O of the rotor 14, and the center O of the rotor 14
  • A is D, where D is the depth of the back face of the slot 20 of the stator core 16, and t is the embedded depth of the permanent magnet 26 in the radial direction of the rotor core 24. It is the value of / t.
  • r1 is an efficiency normalized value ⁇ a region where a torque normalized value is 1.00 or more
  • r2 is a region where an efficiency is 0.98 to 1.00
  • r3 is an efficiency of 0.96.
  • the region of ⁇ 0.98, r4 is the region of efficiency 0.94 to 0.96
  • r5 is the region of efficiency 0.92 to 0.94
  • r6 is the efficiency of 0.90 to 0.92 Areas are shown respectively.
  • P is the number of magnetic poles formed on the rotor core 24 (the number of poles).
  • the rotary electric machine 10 of the present embodiment it is possible to obtain the efficiency inside the region R surrounded by a square in FIG. 3.
  • the region R is a region where the amount of magnet is small and the efficiency and the output are high.
  • An angle ⁇ with a straight line L3 connecting the inner circumferential apex M2 of one permanent magnet 26 is ⁇ > 2 degrees
  • the relationship is set.
  • FIG. 5 normalizes the efficiency of the permanent magnet type rotating electrical machine 10 of the first embodiment and the amount of magnet (reciprocal number) of the rotor 14 and sets the value of efficiency normalized value ⁇ magnetic amount (reciprocal number) normalized value to ⁇ .
  • FIG. 5 in the region of ⁇ > 2 degrees, the value of efficiency normalization value ⁇ magnet amount (reciprocal number) normalization value is 1.0 or more.
  • the amount of magnet is small and the efficiency and torque (output) are both high.
  • FIG. 6 shows the values of the normalized efficiency value ⁇ the normalized torque value of the permanent magnet type rotating electrical machine 10 of the first embodiment and the thickness Th of the inner peripheral side insertion opening of the magnet embedding hole 34 of the rotor 14. It is a characteristic view showing a relation. Then, by setting Th> Tm, the value of the efficiency standardization value of the rotary electric machine 10 ⁇ the torque standardization value becomes 1.0 or more, and the magnet amount is small and the efficiency and the torque (output) are also high. be able to.
  • W1 / W2 B where W1 is the tooth width of the stator teeth 21 of the stator 12 and W2 is the width of the slots 20 of the stator 12 0.9 ⁇ B ⁇ 1.25
  • W1 is the tooth width of the stator teeth 21 of the stator 12
  • W2 is the width of the slots 20 of the stator 12 0.9 ⁇ B ⁇ 1.25
  • FIG. 4 shows the value of the normalized efficiency value ⁇ the normalized torque value of the permanent magnet type rotating electrical machine 10 of the first embodiment, the tooth width w1 of the stator teeth 21 and the slot width w2 of the slots 20 of the stator 12 Is a characteristic diagram showing the relationship between the ratio B and.
  • the present invention is not limited directly to the above-described embodiment.
  • the structural elements can be modified without departing from the spirit of the invention.
  • various inventions can be formed by appropriate combinations of a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiment.
  • some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.
  • components in different embodiments may be combined as appropriate.
  • the permanent magnet type rotary electric machine is not limited to the inner rotor type, and may be an outer rotor type.
  • the number of magnetic poles of the rotor, the size, the shape, and the like are not limited to the above-described embodiment, and can be variously changed according to the design.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

　永久磁石式回転電機は、固定子（１２）と、この固定子（１２）の内側に回転可能に設けた回転子（１４）と、この回転子（１４）の回転子鉄心（２４）内に埋設された永久磁石（２６）と、を備えている。Ｖ字形状に配置された２つの永久磁石（２６）間の中心位置と回転子（１４）の中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ１と、回転子（１４）の中心Ｏと一方の永久磁石（２６）の外周側頂点Ｍ１とを結ぶ直線Ｌ２と、の間の角度θが、回転子（１４）の極数をＰとした場合に、０．６５＜Θ（＝θ／（１８０／Ｐ））＜０．８０の関係であり、固定子鉄心（１６）のスロット（２０）の背面深さをＤとし、回転子鉄心（２４）の半径方向の永久磁石（２６）の埋込み深さをｔとした場合に、Ｄ／ｔ＝Ａが、０．８＜Ａ＜１．１の関係である。

Description

永久磁石を用いた回転電機
　本発明の実施形態は、回転子に永久磁石が埋め込まれた回転電機に関する。
　地球温暖化防止、省エネルギーの観点から、電動機市場の８割（容量ベース，２００８年度経済産業省生産動態統計）を占める三相誘導電動機の効率規制（トップランナー規制）が進められている。三相誘導電動機の効率は、ＪＩＳ　Ｃ４３０３４－３０（ＩＥＣ６００３４－３０）で、ＩＥ１（標準効率）、ＩＥ２（高効率）、ＩＥ３（プレミアム効率）として定められている。現状は、出荷台数のほとんどがＩＥ１であり、それをＩＥ３へ切換える規制となっている。
　また、三相誘導電動機の取合い寸法（枠番）は、ＪＩＳ　Ｃ　４２１０で定めてあり、ユーザメーカ（設備メーカ等）は、それに合わせて設備設計を行っている。そのため現行品と互換性を持たせた製品が必要とされている。
　更なる省エネ追求から、ＩＥ４（スーパープレミアム効率）が定められつつある。ＩＥ４は、三相誘導電動機では実現が困難なことから、永久磁石を使用した同期電動機（以下、永久磁石式回転電機と称する場合もある。）を使用した効率向上が進められている。
特開２０１２－２２７９９３号公報
　ＩＥ４効率の永久磁石式回転電機も、ＩＥ３効率品と同様に、現行品との互換性を維持しながらＩＥ４効率を達成する必要がある。つまり、現状のフレーム、ステータ鉄心の形状（外形）を利用しながら、ロータの形状（磁石配置等）を工夫する必要がある。また、永久磁石は、要求性能の点から、レアアースを含む希土類のネオジム磁石を使用するため、使用量の減少も必要となっている。
　つまり、永久磁石の使用量を減少しながら、高効率となる（損失が小さくなる）永久磁石式回転電機を提供することが課題である。
　実施形態によれば、電機子巻線を有する固定子と、この固定子の内側に回転可能に設けられ、回転子鉄心を有する回転子と、この回転子の回転子鉄心内にＶ字形状に配置された磁石埋め込み孔内に埋設された永久磁石と、を備えた永久磁石式回転電機である。回転子内にＶ字形状に配置された２つの永久磁石間の中心位置と前記回転子の中心とを結ぶ直線と、回転子の中心と一方の永久磁石の外周側頂点とを結ぶ直線との間の角度θが回転子の極数をＰとした場合に
　　０．６５＜Θ（＝θ／（１８０／Ｐ））＜０．８０　
の関係であり、固定子鉄心におけるスロットの背面深さをＤ、回転子鉄心の半径方向の永久磁石の埋込み深さをｔとした場合にＤ／ｔ＝Ａが
　　０．８＜Ａ＜１．１
の関係である。
　永久磁石の使用量を減少しながら、高効率となる（損失が小さくなる）永久磁石式回転電機を提供することができる。
図１は、第１の実施形態に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。 図２は、第１の実施形態の永久磁石式回転電機の回転子の一部を拡大して示す断面図である。 図３は、第１の実施形態の永久磁石式回転電機の回転子内に設けられた磁石挿入口の外周側頂点の位置と、固定子鉄心のスロットの背面深さＤと磁石埋込深さｔとの比Ａと、効率規格化値×トルク規格化値と、の関係を示す特性図である。 図４は、第１の実施形態の永久磁石式回転電機の回転子の効率規格化値×トルク規格化値の値と、歯幅ｗ１とスロット幅ｗ２との比Ｂと、の関係を示す特性図である。 図５は、第１の実施形態の永久磁石式回転電機の効率規格化値×磁石量（逆数）規格化値の値と、永久磁石の内周側頂点の角度αと、の関係を示す特性図である。 図６は、第１の実施形態の永久磁石式回転電機の回転子の効率規格化値×トルク規格化値の値と、磁石埋め込み孔内における内周側挿入口の厚みＴｈとの関係を示す特性図である。
　以下に、図面を参照しながら、実施形態について説明する。なお、各図は、実施形態とその理解を促すための概略図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所がある。しかし、これらは、以下の説明と公知の技術を参酌して、適宜、設計変更することができる。
　（第１の実施形態）　
　図１は、第１の実施形態に係る永久磁石式リアクタンス回転電機１０（ここでは回転電機１０と称する）を示す。図２は、図１の回転電機１０に組み込まれた回転子１４を拡大して示す断面図である。
　図１に示すように、回転電機１０は、例えば、インナーロータ型の回転電機であり、図示しない固定枠に支持された環状（本実施形態では円筒形状）の固定子１２と、固定子１２の内側に回転自在にかつ固定子１２と同軸的に支持された回転子１４と、を備えている。
　固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１６と固定子鉄心１６に埋め込まれた図示しない電機子巻線とを備えている。固定子鉄心１６は、磁性材、例えば、円環状の電磁鋼板を多数枚、同芯状に積層した構造を有する。固定子鉄心１６の内周部には、それぞれ軸方向に延びた複数のスロット２０が形成されている。これにより、固定子鉄心１６の内周部には、回転子１４に面する多数の固定子ティース２１が設けられる。複数のスロット２０に電機子巻線が埋め込まれている。本実施形態では、固定子鉄心１６のスロット２０の数は、３６である。なお、固定子鉄心１６のスロット２０の数は、これに限定されるものではなく、１８の倍数、例えば５４、７２、９０などでもよい。
　図１および図２に示すように、回転子１４は、両端が図示しない軸受により回転自在に支持された回転軸２２と、この回転軸２２の軸方向ほぼ中央部に固定された円筒形状の回転子鉄心２４と、回転子鉄心２４内に埋め込まれた複数（本実施の形態では１２個）の永久磁石２６と、を有する。回転子１４は、固定子１２の内側に僅かな隙間を置いて同軸的に配置されている。
　回転子鉄心２４は、磁性材、例えば、円環状の電磁鋼板２４ａを多数枚、同芯状に積層した積層体である。回転子鉄心２４は、放射状に延びる複数の磁化容易軸ｄ（磁束の通りやすい部分）、および放射状に延びる複数の磁化困難軸ｑ（磁束が通り難い部分）を有する。これらのｄ軸およびｑ軸は、回転子鉄心２４の円周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。
　各ｑ軸の両側には、２つの磁石埋め込み孔３４が形成されている。本実施形態では、回転子鉄心２４は、磁極の数が６極（Ｐ＝６）であり、１２個の磁石埋め込み孔３４を有する。各磁石埋め込み孔３４は、回転子鉄心２４を軸方向に貫通して延びている。
　あるｑ軸の両側にある１組の磁石埋め込み孔３４に着目すると、回転子鉄心２４の中心軸と直交する平面でみた場合、ほぼＶ字状に並んで２つの磁石埋め込み孔３４が設けられている。より具体的には、回転軸２２に近い２つの磁石埋め込み孔３４の内周側の端同士がｑ軸を挟んで近接対向し、回転子鉄心２４の円周に近い２つの磁石埋め込み孔３４の外周側の端同士が周方向に離間している。
　永久磁石２６は、各磁石埋め込み孔３４に挿入され、回転子鉄心２４に埋め込まれる。各永久磁石２６は、例えば、断面が扁平な矩形状の軸方向に細長い棒状であり、回転子鉄心２４の軸方向長さとほぼ等しい長さを有している。つまり、各永久磁石２６は、回転子鉄心２４の軸方向のほぼ全長に亘って延びている。
　上述した磁石埋め込み孔３４のレイアウトに依存して、各ｑ軸の両側に位置する２つの永久磁石２６も、ほぼＶ字状に並んで配置される。各永久磁石２６は、厚み方向に磁化されている。各ｑ軸の両側に位置する２つの永久磁石２６は、磁化方向の各ｑ軸方向成分が同一方向であり、各ｄ軸の両側に位置する２つの永久磁石２６は、磁化方向の各ｄ軸方向成分が逆方向である。
　複数の永久磁石２６を上記のように配置することにより、回転子鉄心２４の外周部において各ｄ軸上の領域は磁極部４０として機能し、各ｑ軸上の領域は磁極間部４２として機能する。言い換えると、回転子鉄心２４内の永久磁石２６と磁石埋め込み孔３４は、回転子鉄心２４の磁極間を通る電機子巻線からの磁束を打ち消すようにＶ字形状に配置されている。
　上記のように構成された回転電機１０によれば、電機子巻線に通電することにより、電機子巻線から発生する回転磁界と、永久磁石２６の発生磁界との相互作用により、回転子１４が回転軸２２を中心に回転する。
　図３は、回転電機の効率とトルクを規格化し、効率規格化値×トルク規格化値の値をθとＡで表記した特性図である。この特性図は、本実施形態の回転電機１０の固定子１２および回転子１４の各パラメータが異なる複数のテスト用のモータを用意し、各モータを動作させたときの解析結果等により作成したものである。
　なお、θは、図２中に示すようにＶ字形状に配置された２つの永久磁石２６間の中心位置と回転子１４の中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ１と、回転子１４の中心Ｏと一方の永久磁石２６の外周側頂点Ｍ１とを結ぶ直線Ｌ２との間の角度（磁石の開き角度）である。また、Ａは、図１に示すように、固定子鉄心１６のスロット２０の背面深さをＤとし、回転子鉄心２４の半径方向の永久磁石２６の埋込深さをｔとしたときのＤ／ｔの値である。さらに、図３中で、ｒ１は、効率規格化値×トルク規格化値が１．００以上の領域、ｒ２は、効率が０．９８～１．００の領域、ｒ３は、効率が０．９６～０．９８の領域、ｒ４は、効率が０．９４～０．９６の領域、ｒ５は、効率が０．９２～０．９４の領域、ｒ６は、効率が０．９０～０．９２の領域をそれぞれ示している。
　本実施形態では、回転子１４の磁石埋め込み孔３４の外周側頂点Ｍ１を規定する角度θは、　
　　０．６５＜Θ（＝θ／（１８０／Ｐ））＜０．８０　
の関係に設定されている。なお、Ｐは回転子鉄心２４に形成される磁極の数（極数）である。
　さらに、本実施形態では、図１に示すように固定子鉄心１６のスロット２０の背面深さをＤとし、回転子鉄心２４の半径方向の永久磁石２６の埋込深さをｔとすると、Ｄ／ｔ＝Ａが　
　　　０．８＜Ａ＜１．１　
の関係に設定されている。
　これにより、本実施形態の回転電機１０では、図３中に四角形で囲まれた領域Ｒの内部の効率を得ることができる。なお、図３中のΘは、Θ＝θ／（１８０／Ｐ）で記載している。領域Ｒは、磁石量が少なく、効率も出力も高い領域であることがわかる。
　また、本実施形態では、図２に示すように、Ｖ字形状に配置した２つの永久磁石２６間の中心位置と回転子１４の中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ１と、回転子１４の中心Ｏと一方の永久磁石２６の内周側頂点Ｍ２とを結ぶ直線Ｌ３との間の角度αが　
　　α＞２度　
の関係に設定されている。
　図５は、第１の実施形態の永久磁石式回転電機１０の効率と回転子１４の磁石量（逆数）を規格化し、効率規格化値×磁石量（逆数）規格化値の値をαに対し表記した特性図である。図５中で、α＞２度の領域が効率規格化値×磁石量（逆数）規格化値の値が１．０以上となる。これにより、本実施形態では、磁石量が少なく効率もトルク（出力）も高い領域であることがわかる。
　さらに、本実施形態では、図２に示すように、回転子１４の磁石埋め込み孔３４の内周側挿入口の厚みをＴｈ、永久磁石２６の厚みをＴｍとした場合に　
　　Ｔｈ＞Ｔｍ　
の関係に設定されている。
　図６は、第１の実施形態の永久磁石式回転電機１０の効率規格化値×トルク規格化値の値と、回転子１４の磁石埋め込み孔３４の内周側挿入口の厚みＴｈと、の関係を示す特性図である。そして、Ｔｈ＞Ｔｍの関係に設定することにより、回転電機１０の効率規格化値×トルク規格化値の値が１．０以上となり、磁石量が少なく効率もトルク（出力）も高い領域とすることができる。
　また、本実施形態では、図１に示すように、固定子１２の固定子ティース２１の歯幅をＷ１とし、固定子１２のスロット２０の幅をＷ２とした場合の、Ｗ１／Ｗ２＝Ｂが
　　０．９＜Ｂ＜１．２５　
の関係に設定されている。
　図４は、第１の実施形態の永久磁石式回転電機１０の効率規格化値×トルク規格化値の値と、固定子ティース２１の歯幅ｗ１と固定子１２のスロット２０のスロット幅ｗ２との比Ｂと、の関係を示す特性図である。図４に示すように、０．９＜Ｂ＜１．２５の関係に設定することにより、回転電機１０の効率規格化値×トルク規格化値の値が１．０以上となり、磁石量が少なく効率もトルク（出力）も高い領域とすることができる。
　以上のことから、本実施形態の永久磁石式回転電機１０によると、回転子１４内にＶ字形状に配置された２つの永久磁石２６間の中心位置と回転子１４の中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ１と、回転子１４の中心Ｏと一方の永久磁石２６の外周側頂点Ｍ１とを結ぶ直線Ｌ２との間の角度θが、回転子１４の極数をＰとした場合に　
　　０．６５＜Θ（＝θ／（１８０／Ｐ））＜０．８０　
の関係を満たし、固定子鉄心１６のスロット２０の背面深さをＤ、回転子鉄心２４の半径方向の永久磁石２６の埋込み深さをｔとした場合にＤ／ｔ＝Ａが　
　　０．８＜Ａ＜１．１　
の関係を満たす。これにより、永久磁石２６の使用量を減少しながら、高効率（損失が小さくなる）となる永久磁石式回転電機を提供することができる。
　なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。　
　例えば、永久磁石式回転電機は、インナーロータ型に限らず、アウターロータ型としてもよい。回転子の磁極数、寸法、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。
　この実施形態によれば、永久磁石の使用量を減少しながら、高効率（損失が小さくなる）となる永久磁石式回転電機を提供することができる。
　１０…回転電機、１２…固定子、１４…回転子、１６…固定子鉄心、２０…スロット、２２…回転軸、２４…回転子鉄心、２６…永久磁石、Ｏ…中心、３４…磁石埋め込み孔、Ｌ１，Ｌ２…直線、Ｍ１…外周側頂点、θ…角度、Ｄ…スロットの背面深さ、ｔ…永久磁石の埋込み深さ。

Claims (4)

  1. 　電機子巻線を有する固定子と、
    　この固定子の内側に回転可能に設けられ、回転子鉄心を有する回転子と、
    　この回転子の隣接した磁極間を通る前記電機子巻線からの磁束を打ち消すように前記回転子鉄心内にＶ字形状に配置された永久磁石と、を備えた永久磁石式回転電機であって、
    　前記Ｖ字形状に配置された２つの前記永久磁石間の中心位置と前記回転子の中心とを結ぶ直線と、前記回転子の中心と一方の前記永久磁石の外周側頂点とを結ぶ直線との間の角度θが、前記回転子の極数をＰとした場合に
    　　０．６５＜Θ（＝θ／（１８０／Ｐ））＜０．８０　
    の関係であり、
    　前記固定子鉄心のスロットの背面深さをＤ、前記回転子鉄心の半径方向の前記永久磁石の埋込み深さをｔとした場合に、Ｄ／ｔ＝Ａが
    　　０．８＜Ａ＜１．１
    の関係であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
  2. 　前記回転子内にＶ字形状に配置された２つの前記永久磁石間の中心位置と前記回転子の中心とを結ぶ直線と、前記回転子の中心と一方の前記永久磁石の内周側頂点とを結ぶ直線との間の角度αが
    　　α＞２度
    の関係であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
  3. 　前記永久磁石を埋設する前記回転子の磁石埋め込み孔内における内周側挿入口の厚みをＴｈ、前記永久磁石の厚みをＴｍとした場合に
    　　Ｔｈ＞Ｔｍ
    の関係であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
  4. 　前記固定子の固定子ティースの歯幅をＷ１、前記スロットの幅をＷ２とした場合に、Ｗ１／Ｗ２＝Ｂが
    　　０．９＜Ｂ＜１．２５
    の関係であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の永久磁石式回転電機。
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