JP2015533471A - 永久磁石を伴う同期電気モータおよびこのタイプの電気モータを備える電気コンプレッサ - Google Patents

Abstract

永久磁石を伴う同期電気モータであって、フレームに形成される軸方向に延びるステータ歯を備える巻回ステータ（１）と、複数の前記磁石を備えるロータ（５）とを備え、複数の磁石が、シリンダヘッド（６）内へと軸方向に延びるとともに、前記ロータ（５）の磁束集中構成にしたがって埋め込まれ、前記ロータ（５）の第１の長さ（Ｌｓ１）が前記ステータ歯の第２の長さ（Ｌｓ１）よりも長く、前記第２の長さ（Ｌｓ２）に対する前記第１の長さ（Ｌｓ１）の比率（ｒ）が１．３未満である、同期電気モータ。コンプレッサは、それがそのような電気モータを備えると言う点において特徴付けられる。

Description

本発明は、自動車産業における用途のため、特に電気コンプレッサのための永久磁石を伴う同期モータに関する。

また、本発明は、この電気モータを備える電気コンプレッサに関する。

現在、生態学的配慮、特に地球温暖化との戦いは、電気車両の開発を支持する。

しかしながら、これらの車両のバッテリーは気候条件に敏感であり、また、最も困難な状態では、車両の自律性が大きく低下され得る。したがって、空調システムが必要である。

熱エンジンを有する車両では、一般に、空調システムのコンプレッサがこのエンジンに機械的に結合される。

電気車両では、コンプレッサが電気モータによって駆動され、この電気モータは、出力、トルク、および、回転速度に関するだけでなく、サイズおよび重量に関しても、多くの制約に従わなければならない。

このタイプのモータは、モロッコのマラケシュ州で２０１１年に行なわれた会議“Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ”でＭ．Ｋｈａｎｃｈｏｕｌ等によって提示された論文（“Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ”），ｐ．１６０．ＰＩＥＲＳ，２０−２３ Ｍａｒｃｈ ２０１１）において論じられた。

これは、６ｋＷの公称電力、６Ｎｍの最大トルク、および、１０，０００ｒｐｍの最大速度を伴うＮｄＦｅＢタイプの永久磁石を有する同期モータである。モータの重量は２ｋｇ未満であり、また、モータの長さは５０ｍｍ未満である。このタイプのモータにおいて、永久磁石は、表面タイプを成すとともに、ロータの外周上に埋め込まれる。これらの磁石はカラーによって保持される。

増え続けるコンパクトさの制約を満たすため、同じ公称性能を有するが長さおよび重量が小さいモータの必要性が生じてきた。

"Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ"），ｐ．１６０．ＰＩＥＲＳ，２０−２３ Ｍａｒｃｈ ２０１１

したがって、本発明の目的は、この必要性を満たすことである。

本発明の主題は、具体的には、永久磁石を伴う同期電気モータであって、軸方向に延びるとともにケーシング内に形成されるステータ歯を備える巻回ステータと、ヘッド内で軸方向に延びるとともに磁束集中を伴う構成にしたがって埋め込まれる複数のこれらの磁石を備えるロータとを備えるタイプの同期電気モータである。

永久磁石を伴うこの同期電気モータは、ロータの第１の長さがステータ歯の第２の長さよりも長く、第２の長さに対する第１の長さの比率が１．３未満であるという点において区別される。

単独であるいは組み合わせて考慮される他の特徴によれば、
− この比率は、第１の長さが第３の所定の長さよりも短いように予め決定され、トルクおよび出力を備えるモータの電気的性能は、所定の公称値にほぼ等しいあるいは所定の公称値よりも大きい。

− この比率は、ステータ歯とロータとの間の三次元磁束の第１の寄与が基準ステータと基準ロータとの間の空隙内の二次元磁束の第２の寄与にほぼ等しいあるいは第２の寄与よりも大きいように予め決定され、基準ステータおよび基準ロータはそれぞれ、同じ所定の公称値を有する電気基準モータにおいてこの第３の所定の長さを有する。

− 利点は、この比率が、永久磁石の重量の増大および材料の増大、ならびに、ヘッドおよびケーシングの生産の減少を最小限に抑えるように予め決定されるという事実から得られる。

− この比率は好ましくは１．２〜１．３である。

− 磁石は、径方向の配向を伴う前記ロータの構成にしたがって埋め込まれる。

− ロータは、中心コアを有するヘッドと、中心コアに対して径方向に延びるアームとを備える。

− アームはそれぞれ、それらの外周に、アームの両側で延びる２つのリムを備える。

− 永久磁石がヘッドの凹部内に受け入れられ、凹部はそれぞれ、２つの隣り合うアームの互いに対向する２つの側面と、２つの隣り合うアーム間で延びるコアの外面と、ロータの２つの隣り合うアームのリムとによって画定される。

− 本発明に係る永久磁石を伴う同期電気モータでは、永久磁石が好適にはフェライトによっても構成される。

− 本発明に係る永久磁石を伴う同期電気モータのヘッドおよびケーシングはそれぞれ、非常に好適には、プレートの積層体によっても構成される。

− ステータ歯の数は永久磁石の数よりも多い。

また、本発明は、空調設備のために形成される冷却流体用の電気コンプレッサであって、それが前記特徴を有する永久磁石を伴う同期電気モータによって駆動されるスパイラルを備えるという点において区別される電気コンプレッサに関する。

これらの数少ない仕様は、本発明に係る永久磁石を伴う同期電気モータと該モータを使用する電気コンプレッサとによって与えられる従来技術と比べた利点を当業者に対して明らかにする。

本発明の詳細な仕様が添付図面と関連する以下の説明で与えられる。なお、これらの図面は、説明の本文を単に例示する目的を果たすにすぎず、本発明の範囲の限定を何ら構成するものではない。

本発明に係る永久磁石を伴う同期電気モータのステータ／ロータアセンブリのプレートの組の分解図である。 本発明に係る永久磁石を伴う同期電気モータの部分図に対応する図１ａに示されるステータおよびロータの斜視図であり、ロータがステータと対向して配置される。 図１ｂの斜視図に対応する側面図である。 本発明に係るタイプの永久磁石を伴う同期電気モータの空隙内の磁束に対するロータの第１の長さとステータの第２の長さとの間の比率の影響を示す。 ステータのそのコイルを伴わない斜視図である。 ステータのそのコイルを伴う斜視図である。 その磁石およびスプリングを備えるロータの上側から見た部分図であり、磁石の収容のための凹部のうちの１つがその磁石を伴わない。 釣り合い錘を有するそのフランジを備えるロータの斜視図である。

図１ａ，１ｂ，４，５に表わされる永久磁石を伴う同期電気モータのステータ１は、ステータアームとしても知られるステータ歯２を備え、これらのステータ歯は、周方向に一定の間隔で配設されるとともに、プレートの積層体により形成されるケーシング３内で軸方向ＸＸ’にしたがって延びる。以下の説明において、軸方向、径方向、および、横方向という用語は、ロータ５の実装のために中心が中空であるステータ１の軸ＸＸ’を基準にしている。軸ＸＸ’は、モータの回転軸を構成する。

ケーシング３は、電気モータが備えるハウジングによって支持されるように構成される。この実施形態では半開放型の切り欠きの形態を成す長手方向キャビティ４が２つの隣り合う歯２の間に存在する。これらの切り欠き４のそれぞれには、２０１２年６月１２日に出願された出願ＦＲ１２／５５４８１の図１１と同一の図４に示される切り欠き絶縁体４００が設けられる。この絶縁体４００は、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）タイプのアラミド材料などの電気的絶縁性の良好な熱導体である材料から形成されるきめ細かい膜の形態を成す。絶縁体４００は、切り欠き４の輪郭と適合し、したがって、図４に示されるように、２つの隣り合う歯の間の空間の位置で開放する。この実施形態では、絶縁体４００が０．２４ｍｍの厚さを有する。これが用途に依存するのが分かる。

ステータ歯２間の長手方向キャビティ４は、回転磁場を形成するステータ巻線の連続的な導電配線を受けるように形成される。これらの導電配線は、導電性であり、例えば銅および／またはアルミニウムから形成されるとともに、エナメルなどの電気絶縁層で覆われる。

ステータ巻線は、例えば、更なる詳細のために参照される例えば文献ＥＰ０８３１５８０に記載される中立点を有する三相型の同期電気モータを形成するように設計され得る。

したがって、図５は、三相型のステータ巻線の３つの端部２３６’を示す。これらの端部２３６’は、この文献ＥＰ０８３１５８０に示されるインバータのアームに接続されるように構成される。

それぞれの相は、巻回部を備えるコイル６００（図５）の形態を成す少なくとも１つのステータ巻線を備える。これらの巻回部は、コイル６００の形成のために切り欠き絶縁体４００の介在を伴って歯２の周囲に導電配線を巻回することによって形成され得る。これらの巻線は、例えば配線が貫通する中空針によって形成され、この場合、針は、この目的のために切り欠き４内で軸方向に、径方向に、および、周方向に移動されることによって巻線移動を実行する。切り欠き４の内周上よりも多くの数の配線が切り欠き４の外周上に存在する。単一の切り欠き４の２つのコイル６００間には空間が存在し、これらの２つのコイルはそれぞれ、その切り欠き４を画定する歯のうちの１つの周囲に巻回される。端部２３６’は、コイルに対して絶縁されるようにシースで覆われる。これらの端部２３６’を保持するために結束体が設けられる。

１つの実施形態（図４および図５）によれば、ステータ１には、コイル６００を形成するためのそのケーシング３の端部のそれぞれに電気絶縁要素２００，２００’を設けることができ、前記要素は、参照される前述した出願ＦＲ１２／５５４８１に記載されるように、ステータ１のアームまたは歯２と接触する。絶縁要素２００，２００’には、支持体２０１，２０１’から延びるアーム２０２が設けられる。２つの隣り合うアームアーム２０２は、切り欠き４’と同様の切り欠き２０８を画定する。要素２００，２００’は、例えば、ガラス繊維などの繊維によって補強され得るＰＡ６．６などのプラスチック材料から形成される。これらの要素は絶縁体４００よりも厚い。アーム２０２は、巻回部のための溝の形成のための突出脚（図４）を有する。これらの溝は、それらの外周が支持体２０１，２０１’の内周によって画定される。図５において分かるように、コイル６００は、ステータ１のプレートの組を貫通するとともに、プレートのこの組の両側に、要素２００，２０１’の溝内に装着されるシニョン（ｃｈｉｇｎｏｎ）を有する。図５に示されるように、アーム２０２の内周は、歯２の内周３０２と位置合わせされる。コイル６００の巻回部は、要素２０１，２０１’および絶縁体４００によって保護される。コイル６００の同心態様の配置は、ステータ１の軸方向長さを減らすことができるようにする。

変形として、ステータ巻線が五相タイプまたは六相タイプを成すことができるのが分かる。いかなる場合でも、ステータ巻線の出力は、電気モータのハウジングによって支持される例えば文献ＥＰ０８３１５８０に記載されるタイプの電子コマンド・制御装置に属するインバータのアームに接続される。

同期電気モータは、例えば少なくとも２つのスパイラルを伴うタイプの冷却流体用の電気コンプレッサに属することができる。スパイラルを伴うこのタイプのコンプレッサは、スクロールコンプレッサとして知られる。該コンプレッサは、前述した論文に開示されるように、特に自動車両の空調設備のために設計される。スパイラルのうちの一方が固定されるのに対して、他方のスパイラルが固定スパイラル内で移動できることが思い出される。この場合、電気モータのハウジングは、複数の部分、すなわち、冷却流体を送出して圧縮するためにその一方が移動でき且つその他方が固定されるボリュートとしても知られる２つのスパイラルを伴うシステムを含む前部分と、冷却流体が通過するとともにステータ１を支持する中心部分と、フランジを備える後部分とを備えることができる。フランジは、ステータ巻線のコイルに専用のコマンド・制御電子機器を支持することができる。変形として、コマンド・制御電子機器をハウジングの中心部分によって支持することができる。

電気モータはロータ５を備え、この場合、歯２の内面３０２を備えるステータ１の内周とシャフトと一体のロータ５の外周との間には空隙９が存在する。このシャフトは、コンプレッサの移動可能なスパイラルを駆動できる。

前述した論文は、コンプレッサの構造の一例を与える。

シリンダの一般的な形状を成すロータ５はヘッド６を備え、このヘッド６も前述したシャフトと一体のプレートの積層体によって形成される。このシャフトは、例えば、局所的にギザギザをつけることができ、プレートの積層体の中心開口内へ押し込まれ得る。

経済的理由のため、これらのプレートは、ケーシング３のプレートと同時に切断され得る。

図６において参照符号１１４を有する永久磁石が、磁束集中を伴う構成にしたがってロータ５のヘッド６に埋め込まれる。

このため、この実施形態では、凹部７が軸方向ＸＸ’にしたがってヘッド６内で延び、これらの凹部７は永久磁石１１４を受けるように形成される。凹部７は周方向に一定の間隔で配設される。

これらの凹部７は、ロータ５の外周部に一定の間隔で配設される複数のＮ極およびＳ極を形成するように磁石１１４を受ける。磁石１１４の側面の一方がＮ極を構成するのに対し、この磁石の他方の側面がＳ極を構成する。

より具体的には、図１ａ，１ｂ，６に示されるように、ロータ５は、
− 中心コアを有するヘッド６と、
− コアに対して径方向に延びるアーム８であって、これらのアームがそれぞれそれらの外周にアームの両側で延びる２つのリム１０５を備える、アーム８と、
− それぞれ２つの隣り合うアームの互いに対向する２つの側面１１２によって画定される凹部７の内部に、２つの隣り合うアーム間で延びるコアの外面とロータの２つの隣り合うアームのリムとを用いて位置決めされる永久磁石１１４（図６参照）と、
を備えることができる。

磁石１１４は、図６に関しては径方向の配向を有する。磁石はヘッド６内へと軸方向に延びる。

ヘッド６の凹部７は、２つの隣り合う極８間に配置される永久磁石のための受け部を構成する。これらの磁石１１４は、凹部７と同様の径方向の配向を有する。これらの磁石は、ロータ５からステータ１の歯２へ向かう有効磁束を生成する。この有効磁束は、複数のＮ極およびＳ極が一定の間隔で交互に入れ替わる極８内で全体的に径方向に循環する。

極８はそれぞれ径方向に延びるアームによって形成され、アームは、該アームの両側で延びる２つのリム１０５をその外周に備える。より具体的には、各アーム、したがって各極８は、軸ＸＸ’に対して全体的に径方向の配向を伴ってヘッド６の中心コアから延びる一定の幅を有する第１の部分と、軸ＸＸ’とは反対の方向で幅が広がってリム１０５で終端する第２の部分１１２とを備える。凹部７は、磁石１１４の形状に対して相補的な形状を有する。これらの磁石１１４は、ロータ５内で利用できる空間を最大の程度まで占めるとともに、アーム８の２つの部分１１２の位置で幅が一定であり且つアームの第１の部分の位置でそれらの内周が傾斜される２つの角度を伴う平行六面体の形状を有する。したがって、磁石１１４は、略長方形断面を有するが、軸ＸＸ’へ向けて楔の形態で面取りされる。例えばプラスチック材料から形成される小プレート１１９（図６）を、外側で凹部７を画定する２つの隣り合うリム１０５の内面と凹部７内に受け入れられる磁石１１４の外面との間に介挿することができる。小プレート１１９は、磁石１１４よりも可撓性があるとともに、遠心力の作用下で磁石１１４が破壊するのを防止することによって磁石を保護する。単一の極８が考慮に入れられる場合、この極は、対象のケースに応じて、Ｎ極およびＳ極のそれぞれの形成のために、２つの隣り合う磁石の２つのＮ表面間またはＳ表面間に介挿される。

したがって、回転電気機械は、最大電力を有することができる一方で、径方向にコンパクトである。この実施形態では、１０個の凹部７と１５個のステータ歯２とが設けられる。

なお、磁石１１４およびステータ歯の数は、６個のステータ歯と８個の表面磁石とが設けられる前述した文献のそれよりも多い。また、この文献では、ネオジム−鉄−ホウ素（ＮｄＦｅＢ）型の希土類磁石が使用される。前述した実施形態では、磁石１１４が更に経済的なフェライト磁石となり得る。また、この実施形態では、カラーが設けられず、したがって、機械の電力を増大させることができるため、ステータ１とロータ５との間の空隙９を減らすことができる。その結果、カラーの厚さに対応する０．１５ｍｍが得られる。したがって、ステータとロータとの間の空隙を０．５０ｍｍ以下にすることができる。ステータ１およびロータ５のプレートの積層体のプレートは、前述した文献と全く同様に、０．３５ｍｍの厚さを有することができる。

参照される２０１２年５月３０日に出願された出願ＦＲ１２／５４９４９に記載されるように、このロータ５は、
− ヘッド６のコアの外面とロータ５の軸ＸＸ’の方に面する磁石１１４の内面との間で凹部７の内部に位置されるスプリング１２２（図６）を備えることができ、これらのスプリングは、変形による径方向の力Ｆ１をロータ５の内部から外部へ向けて永久磁石１１４に及ぼすことにより、凹部７により形成されるその受け部の内部の永久磁石１１４を、関連するアーム８のリム１０５に支持される関連する小プレート１１９に押し付けて保持するようにする。

スプリング１２２は弾塑性領域内で作用し得る。

これらのスプリング１２２はそれぞれ、磁石の内面により構成される磁石１１４の内周との直線状の接点Ｃ１と、ヘッド６のコアの外面との２つの直線状の接点Ｃ２とを有する。これらのスプリング１２２はそれぞれ傾斜端部を備え、傾斜端部は、該傾斜端部の剛性を低下させるためにスロット（参照符号を伴わない）を備える。この実施形態において、各スプリング１２２は、丸みを帯びた中心部分と、接点Ｃ２を形成するように構成される丸みを帯びた２つの端部分とを備える。これらの丸みを帯びた部分は、接点Ｃ１を形成するように構成される丸みを帯びた中心部分の両側に位置される。

なお、この実施形態における極８は、特に、前述した出願ＦＲ１２／５４９４９に記載されるように、ロータのプレートの積層体の組み立てのための好ましくは非磁性材料から形成されるリベットの通過のために穿孔される。より具体的には、図７に示されるように、ロータ５のプレートは、操作されて輸送され得るプレートの組の形成のためのプレートの積層体を貫通する前述した組み立てリベット１０８の通過のために穿孔される。また、プレートのこの積層体は、ロータ５のプレートの組の両側に配置される非磁性材料から形成される２つのフランジ２０の組み立てのための好ましくは非磁性材料から形成されるタイロッド１０９を受けるために他の貫通開口も備える。フランジ２０は例えばアルミニウムまたはプラスチック材料から形成され、一方、リベット１０８およびタイロッド１０９は例えばステンレス鋼から形成される。

各フランジ２０は、図７において参照符号３３０を伴う釣り合い錘を支持することができる。錘３３０は、一方のフランジ２０から他方のフランジ２０まで直径方向で対向する。これらの錘３３０は、フランジ２０よりも重くできるとともに、例えば真鍮から形成することができる。ハーフリングの形態を成す錘３３０は、リベット１０８を受けるために長円形状を伴う中空部を有する。中空部は、タイロッド１０９の頭部の支持のための穿孔ベースを局所的に有し、タイロッド１０９の頭部も錘３３０とフランジ２０との組み付けのためのタイロッドを構成する。

錘３３０の存在は必須ではなく、また、変形として、フランジ２０が複数の突起を有することができ、ロータの釣り合わせのためにこれらの突起の一部を機械加工することができる。変形として、突起が中空であり、また、これらの突起の一部は、ロータの釣り合わせのために突起内に圧着される錘を備えることができる。

ヘッド３および要素２００，２００’は、それらの外周に、電気モータのハウジングの前部分および後部分の組み立てのためのタイロッドのための通路を図５では参照符号３２１を伴って有することができる。これらの通路は、歯２およびアーム２０２の反対側に刻み込まれる。なお、絶縁要素２００，２００’の外径は、ステータ１のプレートの積層体の外径よりも小さい。また、ヘッド３は、要素２００，２００’がステータのプレートの積層体の関連する端部と接触するようになっているそれらの表面の位置に備えるピンを受けるための開口も有する。この実施形態において、ピンはスナップ式のピンであり、ピンはそれぞれ平坦面を伴うシリンダの２つの部分を有し、これらの２つの部分は、互いに対向するとともに、それらがヘッド内の関連する開口に挿入されるときに２つの部分の互いの方へ向かう弾性変形を許容する空間だけ離間される。前述した態様で、歯２の数は、極８および磁石の数よりも多い。

出願ＦＲ１２／５４９４９に記載される実施形態によれば、非限定的な例として、ロータ５のプレートの積層体が４１ｍｍに等しい長さを有するとともに、このロータの外径が６１ｍｍであることが示唆される。実際に、例えば文献ＥＰ２５０６３９９の図１（ｂ）において分かるように、ロータのプレートの組の積層体の長さは、ステータのプレートの組のそれと同一である。この同一の長さは、以下において第３の長さとして知られる基準値Ｌｍを構成する。永久磁石を有するこのタイプの同期電気モータは、電気基準モータを構成する。

非限定的な態様で、発明者は、４１ｍｍに等しい第３の長さＬｍと６１ｍｍに等しいロータの外径とを有する電気基準モータを構築した。電気モータのこのプロトタイプにおいて、プレートの組を構成するステータのプレートの積層体の外径は全体的に１００ｍｍであり、また、前記積層体の内径は６２ｍｍであった。

本発明に係るタイプの永久磁石を有する同期電気モータの特に三次元磁束の計算によるコンピュータシミュレーションは、ロータ５の第１の軸方向長さＬｒ１をステータ１の第２の軸方向長さＬｓ１よりも長くすることによってトルクおよび出力などの電気的性能が高められたことを発明者が決定できるようにした（図３参照）。

したがって、発明者は、前記ロータ５の第１の長さＬｓ１を前記ステータ歯２の第２の長さＬｓ２よりも長くすることによって、および、前記第２の長さＬｓ２に対する前記第１の長さＬｓ１の比率ｒを１．３よりも低く設定することによって、電気モータのこのプロトタイプを改良することを決定した。

電気的性能の向上は、実施形態では前述した論文で示唆される長さに等しかった基準モータの第３の長さＬｍよりも長さＬｓ１を短くすることを可能にした。

図１ｂは、ステータ歯２とロータ５の極８との間の空隙９から延びるロータ５の端部を明確に示す。

したがって、電気基準モータの同じ所定の公称値を保持しつつ、本発明に係るモータの軸方向サイズを減らすことができる。

図２は、対象の寸法特性を示す。

ロータ５の第１の長さＬｒ１は、ロータ５の径方向端面間の距離である。この好ましい実施形態では、この距離が永久磁石の軸方向長さに等しい。図２に明確に示されるように、ロータ５は、ステータ１に対して対称的に配置される。

第２の長さＬｓ１は、ケーシング３を形成するプレートの組の厚さ、すなわち、ステータ歯２の第２の軸方向長さに対応する。シミュレーション実行のために発明者によって選択される更なるパラメータは、他の寸法特性、すなわち、
Ｌｍ：基準モータのステータ１またはロータ５の前述した第３の長さ（Ｌｓ０またはＬｒ０）；
Ｎｓ０：基準モータのステータ１の前述した基準巻き数；
Ｎｓ１：本発明に係るモータのステータ１の巻き数；
および、機能特性、すなわち、
ＬＤ０，ＬＱ０：基準モータのステータ１の基準ステータインダクタンス（直軸および横軸）；
ＬＤ１，ＬＱ１：本発明に係るモータのステータ１のステータインダクタンス（直軸および横軸）；
Ｒｓ０：基準モータの基準ステータ抵抗；
Ｒｓ１：本発明に係るモータのステータ抵抗；
Ｋｔ０：基準モータの基準トルク定数；
Ｋｔ１：本発明に係るモータのトルク定数
である。

これらの寸法特性および機能特性が関連付けられる。すなわち、
− ステータ抵抗Ｒｓは、ステータの巻き数、その平方Ｎｓ^２、および、第３の長さＬｍに比例する；
− ステータインダクタンスＬＤ，ＬＱも、ステータ１の巻き数、その平方Ｎｓ^２、および、第３の長さＬｍに比例する；
− トルク定数Ｋｔは、ステータ１の巻き数Ｎｓおよび第３の長さＬｍに比例する。

目的は、基準モータと同じ特性（トルク、出力）を有するが更に低い（コストおよび重量の減少）最適化されたモータを得ることである。

同じ特性を有するために、トルク定数Ｋｔ、ステータ抵抗Ｒｓ、および、ステータインダクタンスＬＤ，ＬＱの同じ値を有することが必要である。すなわち、
条件１：
ＲｓおよびＬＤ，ＬＱの保存の条件は以下を意味する。

Ｎｓｌ／Ｎｓ０＝（Ｌｓ０／Ｌｓ１）^１／２
条件２：
Ｋｔの保存の条件は以下を意味する。

Ｎｓｌ／Ｎｓ０＝（Ｌｓ０／Ｌｓ１）
これらの条件は、以下の表１にまとめられる。

求められる目的ではない、Ｌｓ１＝Ｌｓ０の場合、すなわち、ステータ１の第２の長さが基準モータの第３の長さＬｍと同一である場合を除き、２つの条件を同時に得ることは不可能である。

電気コンプレッサのために想起される用途では、第１の条件が最も重要な条件である。これは、ステータインダクタンスＬＤ，ＬＱの保存が維持されなければ、高速で作動することが不可能だからである。

したがって、Ｎｓ１の選択は第１の条件によって決定づけられ、また、第２の条件に適合するために、Ｋｔの損失が表１に示される補助付加磁束によって補償されなければならない。

この付加的な量を得るための第１の解決策は、基準モータの磁石よりも高い残留磁気誘導を伴う永久磁石を使用することから成る。

基準モータでは、磁石がフェライトから成り、また、希土類磁石によるそれらの交換は、例えば、製造コストの増大をもたらす。この第１の解決策は発明者によって選択されなかった。

コンピュータシミュレーションにより明らかにされるステータ１の第２の長さＬｓ１よりも長いロータ５の第１の長さＬｒ１によって得られる性能向上の用途において、発明者は、第２の条件の順守によって必要とされる補助付加磁束を得ることができるようにする比率ｒ＝ｒ１／Ｌｓ１を決定した。

以下の表ＩＩは、同じ第３の長さＬｍを有するロータとステータとの間の空隙９内の二次元磁束（すなわち、軸方向成分を伴わない磁気誘導に対応する）の第２の寄与に対する、特にステータ歯２の径方向表面とロータ５の極８の端部との間の三次元磁束の第１の寄与によって得られる補助磁束を示す。

短縮解決策は、満たされるべきトルク定数Ｋｔの保存の第２の条件にとって補助付加磁束が十分であるようにしつつ方程式Ｌｒ１／Ｌｓ１＜Ｌｓ０／Ｌｓ１がおおよそ検証されれば、最適である。

図３は、表Ｉ，ＩＩをまとめる表ＩＩＩ中のデータにしたがったこの解決策を示す。真っ直ぐな実線１０は、比率ｒ＝Ｌｒ１／Ｌｓ１にしたがって加えられるべき磁束を示す。破線１１の曲線は、この比率ｒにしたがった３−Ｄ効果により付加される磁束を示す。

この第１の基準に厳格に従わなければ、最適比率ｒ＝Ｌｒ１／Ｌｓ１が１．２未満となるはずである。

基準がほぼ適合されるようになる約１．３の比率ｒは、基準モータの基準ステータの第３の長さＬｍよりも僅かに長い第１の長さＬｓ１に関して依然として許容できる。

比率のこの第１の範囲Ｒ１を超えると、ステータ巻線のために使用される銅の重量が減少された場合であっても経済的利益は低い。これは、使用されないステータプレート１に対応する損失を有しながら、ロータ５の鉄の重量が増大したからである。また、機械のサイズが不利になり、初期の要件に対応しない。

磁石の重量、プレートの重量、および、損失に関する付加コストを表わす立方に対する比率ｒに等しい付加磁束の重み付けの係数は、図３における点線１２の曲線により明確に示されるように、１．２〜１．４の第２の範囲Ｒ２内に１つの極値を伴う第２の基準をもたらす。

これらの２つの基準の組み合わせは、１．２〜１．３の間にほぼ含まれる本発明にしたがった比率ｒの最適範囲Ｒｍをもたらす。

また、ステータ１の第２の長さＬｓ１の減少は、本発明に係る電気モータのステータインダクタンスＬＤ１，ＬＱ１を減少させることができるようにし、それにより、ステータ相の端子で誘導電圧を減少させるとともに、モータが高い回転速度に達することができるようにする。

このモータの特定の実施形態によれば、１０個の永久磁石を備えるロータ５は、１５個のステータ歯２を備えるステータの内側で回転する。

磁石は、フェライトから成るとともに、磁束集中構成にしたがって先に説明した態様でヘッド８の凹部７内に配置される。

基準ステータおよび基準ロータの第３の長さＬｍが４１ｍｍであった基準モータは、磁石の等級が変更されることなく、２８〜３５ｍｍの間に含まれる第２の長さを有するステータ歯２と３６〜４０ｍｍの間に含まれる第１の長さを有すロータ５とを備える優れた電気的性能を有する本発明に係るモータへと短くされた。

本発明に係る電気モータの一実施形態によれば、エナメルで覆われたコイルの配線は、０．５３〜０．６３ｍｍの間に含まれる直径を有する。

なお、配線の直径は、前述した論文に示される配線の直径（１．４ｍｍの直径）に対して減少される。

この実施形態では、ステータの外径が全体的に１００ｍｍである。

前述した説明から明らかなように、ステータ巻線の位置における１０ｍｍとなり得る軸方向ＸＸ’の利益は、特にコネクタのための空間を除去できるようにし、したがって、本発明に係るモータが使用されるスクロールタイプのボリュートまたはスパイラルを有する電気コンプレッサを更にコンパクトにすることができるようにした。

また、凹部７を有するロータ５および切り欠き４を有するステータ１の一般的な構造が保持されたことにも気付く。

本発明が前述した好ましい実施形態だけに限定されず、また、特に示唆される磁石およびステータ歯２の数が単なる例であることが分かる。

変形として、ロータ５は必ずしもステータ１を越えて対称的に延びない。

他の変形では、磁石が必ずしもロータ５の第１の長さの全体にわたって延びない。

更なる他の実施形態によれば、ロータがスプリング１２２を伴わない。

更なる他の実施形態によれば、ロータ５の凹部７を閉じることができる。

更なる他の実施形態によれば、参照される２０１１年１２月１日に出願された出願ＦＲ１１／６１０１６に記載されるように、極８は、極の外周で循環する磁気漏れを減らすために、それらの外周に突出部を有することができ、前記出願は、０．３５〜０．５０の極ピッチに対する突出部の極被覆の角度の比率を開示する。

参照される出願ＦＲ１１／６１０１９に記載されるように、極の外周で循環する磁気漏れを減らすようにロータの極を更に最適化できることが分かる。この出願では、単一の凹部７の２つの隣り合うリム１０５間の開口の幅と磁石１１４の外周幅とが考慮に入れられる。好適には、この開口の幅と磁石の幅との間の比率が０．３５〜０．８の間に含まれる。極の外周が突出部または尖端の形態を成すことができる。

他の実施形態によれば、回転軸ＸＸ’に対して対称に“Ｖ”の形態を成して配置される磁石の対を使用する永久磁石１１４を用いる磁束集中タイプの前記ロータの構成にしたがって永久磁石をロータに埋め込むことができる。

このタイプの構成は、例えば、参照される出願ＥＰ２５０６３９９に記載される。

条件１，２が満たされなければならないという認識において、前述した数値が非限定的な例として与えられることが分かる。歯２および磁石１１４の数は用途によって決まる。

自動車両設備のコンプレッサの駆動に対する本発明に係る電気モータの適用も単なる適用例にすぎない。すなわち、当業者は、コンパクトさおよび高い回転速度が必要とされる他の用途において、本発明に係る電気モータから利益を得ることができる。

したがって、磁石の異なる形態および／または永久磁石を有する同期モータの他の試験またはシミュレーションに対応する先に明記された数値とは異なる数値に基づく他の実施形態は、それらが以下の特許請求の範囲から導き出される場合には、本発明の文脈から逸脱しない。

Claims (12)

1. 永久磁石を伴う同期電気モータであって、軸方向に延びるとともにケーシング（３）内に形成されるステータ歯（２）を備える巻回ステータ（１）と、複数の前記磁石を備えるロータ（５）とを備えるタイプを成し、前記複数の磁石は、ヘッド（６）内で軸方向に延びるとともに、磁束集中タイプの前記ロータ（５）の構成にしたがって埋め込まれる、同期電気モータにおいて、前記ロータ（５）の第１の長さ（Ｌｓ１）が前記ステータ歯（２）の第２の長さ（Ｌｓ２）よりも長く、前記第２の長さ（Ｌｓ２）に対する前記第１の長さ（Ｌｓ１）の比率（ｒ）が１．３未満であることを特徴とする同期電気モータ。
2. 前記比率（ｒ）が１．２〜１．３の間にほぼ含まれることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
3. 前記比率は、前記第１の長さ（Ｌｓ１）が第３の所定の長さ（Ｌｍ）よりも短いように予め決定され、トルクおよび出力を備える前記モータの電気的性能は、所定の公称値にほぼ等しいあるいは所定の公称値よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
4. 前記比率（ｒ）は、前記ステータ歯（２）と前記ロータ（５）との間の三次元磁束の第１の寄与が基準ステータと基準ロータとの間の空隙（９）内の二次元磁束の第２の寄与にほぼ等しいあるいは第２の寄与よりも大きいように予め決定され、前記基準ステータおよび前記基準ロータはそれぞれ、前記所定の公称値を有する電気基準モータにおいて前記所定の長さ（Ｌｍ）を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
5. 前記比率（ｒ）は、前記永久磁石の重量の増大および材料の増大、ならびに、前記ヘッド（６）および前記ケーシング（３）の生産の減少を最小限に抑えるように予め決定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
6. 前記永久磁石は、径方向の配向を伴うタイプの前記ロータ（５）の構成にしたがって埋め込まれることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
7. 前記ロータ（５）は、中心コアを有するヘッド（６）と、前記中心コアに対して径方向に延びるアーム（８）とを備え、前記アームはそれぞれ、それらの外周に、前記アーム（８）の両側で延びる２つのリム（１０５）を備えることを特徴とする請求項６に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
8. 前記永久磁石が前記ヘッド（６）の凹部（７）内に受け入れられ、前記凹部（７）はそれぞれ、２つの隣り合う前記アーム（８）の互いに対向する２つの側面（１１２）と、２つの隣り合う前記アーム間で延びる前記コアの外面と、前記ロータ（５）の２つの隣り合う前記アームの前記リム（１０５）とによって画定されることを特徴とする請求項７に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
9. 前記永久磁石がフェライトによって構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
10. 前記ヘッド（６）および前記ケーシング（３）がそれぞれプレートの積層体によって構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
11. 前記ステータ歯（２）の数が前記永久磁石（１１４）の数よりも多いことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の永久磁石を伴う同期電気モータ。
12. 空調設備のために形成される冷却流体用のコンプレッサであって、請求項１から１１のいずれか一項に記載の永久磁石を伴う同期電気モータによって駆動されるスパイラルを備えることを特徴とするコンプレッサ。

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