JPWO2009116572A1 - 永久磁石同期モータ - Google Patents

Abstract

ロータ２０は、ロータ積層鉄心内に４極分の永久磁石（３１Ａ等）を埋め込んで形成される。内周積層鉄心と外周積層鉄心の間には、永久磁石と共に空隙（３１Ｇ等）が配置される。１極分の永久磁石は２つの永久磁石（例えば、３１Ａ及び３１Ｂ）から形成され、その２つの永久磁石間に空隙（例えば、３１Ｇ）が配置される。永久磁石の両極間方向におけるおける厚みをＴｍとした場合、ｄ軸方向における空隙の厚みは（１／２×Ｔｍ）以下とされる。

Description

本発明は、永久磁石が設けられたロータを有する永久磁石同期モータ、並びに、そのモータを利用するモータ駆動システム及び圧縮機に関する。

埋込磁石同期モータに代表される突極機の高速回転時においては、永久磁石に由来してモータ内で生じる誘起電圧の過度の上昇を抑えるべく弱め界磁制御（弱め磁束制御）が一般的に用いられる。

弱め界磁制御は、負のｄ軸電流を電機子巻線に流すことによって達成されるが、ｄ軸電流を流す分、電機子巻線における銅損が増加する。このため、より少ないｄ軸電流にて必要な弱め界磁効果を実現する技術が求められる。

ｄ軸電流の低減を狙ったモータ構造が既に幾つか提案されている。例えば、或る従来構造では、ロータ鉄心の円周表面に４個の永久磁石を異極の関係で配置し、更に、その４個の永久磁石の表面を覆うように磁性リングを設けている（例えば、下記特許文献１参照）。但し、このような磁性リングを設けた場合、隣接する永久磁石の境界近傍が磁気飽和しやすくなる。磁気飽和が生じるとｄ軸インダクタンスが低下するため、その分、ｄ軸電流を増やす必要がある（周知の如く、弱め界磁磁束はｄ軸インダクタンスとｄ軸電流の積で表されるため）。即ち、この従来構造では、ｄ軸電流の低減効果が少ない。

また、他の従来構造では、ロータ鉄心の周面に複数の永久磁石を配置すると共に永久磁石の表面上に磁性材料を配置し、ロータ鉄心の軸方向両端部に磁性材製のエンドリングを設けている（例えば、下記特許文献２参照）。このエンドリングは、空隙を介して永久磁石及び磁性材料と対峙している。但し、この構造では、エンドリングと永久磁石の間で働く磁気吸引力に起因して構造強度上の問題が生じやすい。従って、他のモータ構造の開発が求められる。

特開平７−２９８５８７号公報 特開平８−５１７５１号公報

そこで本発明は、弱め界磁制御（弱め磁束制御）に必要なｄ軸電流の低減に寄与する永久磁石同期モータ、モータ駆動システム及び圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る永久磁石同期モータは、永久磁石、前記永久磁石よりも内周側に位置する内周鉄心及び前記永久磁石よりも外周側に位置する外周鉄心を結合して形成されるロータを備え、前記永久磁石の両極間方向における前記永久磁石の厚みをＴ_Ｍとした場合、前記ロータの前記外周鉄心と前記内周鉄心の間に、（１／２×Ｔ_Ｍ）以下の厚みを有する空隙を設けたことを特徴とする。

上記のような空隙をロータの内周鉄心−外周鉄心間に配置することにより、ｄ軸方向のパーミアンスを効果的に増大させることができ、必要な弱め界磁磁束を得るためのｄ軸電流を低減することが可能となる。また、ｄ軸電流によって発生した磁束は、空隙側を優先的に通るため、永久磁石自身に反磁界が加わりにくくなって永久磁石の減磁の発生が抑制される。

具体的には例えば、前記永久磁石が作る磁束の向きにｄ軸をとった場合、（１／２×Ｔ_Ｍ）以下とされる前記空隙の厚みは、前記ｄ軸方向における前記空隙の長さである。

更に例えば、前記空隙の厚みは、（１／５×Ｔ_Ｍ）以下である。

また具体的には例えば、前記永久磁石は、２つの永久磁石を含んで１極分の永久磁石を形成し、前記空隙は、前記２つの永久磁石間に配置される。

或いは例えば、前記空隙は、前記永久磁石の両極間方向に直交する方向における前記永久磁石の端面に隣接している。

また例えば、前記空隙と前記永久磁石は、前記ロータの回転軸に直交する面方向に隣接している。

そして例えば、前記ロータの前記内周鉄心及び前記外周鉄心は、前記ロータの回転軸方向に複数の鋼板を積層することによって形成される。

これにより、空隙を経由する永久磁石の磁束の磁気回路が鋼板の面方向に形成されることになり、その磁気回路が鋼板の積層方向に形成される場合と比べて、鉄損が低減される。

また例えば、前記ロータの前記内周鉄心及び前記外周鉄心は、夫々、前記ロータの回転軸方向に複数の鋼板を積層することによって形成される内周積層鉄心及び外周積層鉄心を含み、前記内周積層鉄心及び前記外周積層鉄心の夫々に対して、前記ロータの回転軸方向に突出した磁性材料から成る突出部が結合され、前記空隙は、前記内周積層鉄心に結合された突出部と前記外周積層鉄心に結合された突出部との間に設けられるようにしてもよい。

そして例えば、当該永久磁石同期モータは、前記ロータの回転軸方向における端部の外側に配置された、界磁巻線及び界磁巻線ヨークから成る界磁巻線部を更に備え、前記界磁巻線部による磁束発生時において、前記永久磁石の発生磁束と前記界磁巻線部の発生磁束の合成磁束が当該永久磁石同期モータのステータの電機子巻線を鎖交する。

このような構成によれば、界磁巻線部を用いて弱め界磁制御を行うことが可能となる。

より具体的には例えば、前記界磁巻線部の発生磁束が、前記突出部及び空隙を介しつつ、前記界磁巻線ヨーク、前記内周鉄心及び前記外周鉄心並びに前記ステータの鉄心を経由する磁路を通るように、前記突出部及び前記界磁巻線ヨークは形成されている。

これにより、界磁巻線部による磁界は永久磁石自体に直接加わらないため、永久磁石の減磁の惧れがない。

本発明に係るモータ駆動システムは、上記の永久磁石同期モータと、前記モータに電機子電流を供給して前記モータを駆動するインバータと、前記インバータを介して前記モータを制御するモータ制御装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る圧縮機は、上記モータ駆動システムに備えられた永久磁石同期モータの回転力を駆動源とする。

本発明によれば、弱め界磁制御（弱め磁束制御）に必要なｄ軸電流の低減に寄与する永久磁石同期モータ、モータ駆動システム及び圧縮機を提供することが可能となる。

本発明の意義ないし効果は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

本発明の第１実施形態に係るモータの全体構造を示す概略図である。 図１のロータの回転軸方向から見た、図１のステータの外観平面図である。 図１のロータの回転軸に直交する方向から見た、ロータの外観平面図である。 図１のロータの回転軸の直交面に沿った、ロータの断面図である。 図４の断面図上における永久磁石及び空隙の配置位置を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係り、永久磁石及び空隙の幅及び厚さを説明するための図である。 図４のロータ内に設けられる１極分の永久磁石を示す図である。 本発明の第１実施形態に係り、ｄ軸電流によって生じた磁束の磁路を示す図である。 本発明の第１実施形態に係り、ｄ軸電流によって生じた磁束の磁気回路図である。 本発明の第１実施形態に係り、ｄ軸方向におけるパーミアンスの空隙厚み比率依存性を示すグラフである。 永久磁石に隣接する空隙を介して磁石磁束が漏れる様子を示す図である。 本発明の第１実施形態に係り、第１変形構造を採用したロータの断面図（回転軸の直交面に沿った断面図）である。 本発明の第１実施形態に係り、第２変形構造を採用したロータの断面図（回転軸の直交面に沿った断面図）である。 図１３のロータの構造を更に変形した、ロータの断面図（回転軸の直交面に沿った断面図）である。 本発明の第１実施形態に係り、第３変形構造を採用したロータの断面図（回転軸の直交面に沿った断面図）である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態の第４変形構造を採用したロータの、回転軸に直交する方向から見た外観平面図及び回転軸方向から見た外観平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、夫々、永久磁石を横切り且つ回転軸の直交面に沿った第４変形構造に係るロータの断面図、該回転軸の平行面に沿った該ロータの断面図である。 空隙を横切る、回転軸の直交面に沿った図１６のロータの断面図（Ａ_１−Ａ_１断面図）である。 第４変形構造のロータにおける、永久磁石及び空隙の幅及び厚さを説明するための図である。 第４変形構造に係り、永久磁石に隣接する空隙を介して磁石磁束が漏れる様子を示す図である。 本発明の第１実施形態に係り、第５変形構造を採用したロータの断面図（回転軸の平行面に沿った断面図）である。 本発明の第１実施形態の第６変形構造に係るモータの構成要素名称を列記した図である。 （ａ）及び（ｂ）は、夫々、ロータの回転軸方向から見た、第６変形構造に係るロータの外観平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第６変形構造に係るロータの、回転軸の直交面に沿った断面図である。 第６変形構造に係り、ステータの断面とロータ及び界磁巻線部のＣ−Ｃ’断面とを合成した図である。 図２５におけるステータの断面を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、夫々、ロータの回転軸と一致するＺ軸の正側及び負側から見た、第６変形構造に係るロータの外観平面図である。 第６変形構造に係り、ステータの断面とロータ及び界磁巻線部のＹ断面とを合成した図である。 第６変形構造に係り、ステータの断面とロータ及び界磁巻線部のＸ断面とを合成した図である。 （ａ）及び（ｂ）は、夫々、第６変形構造に係る界磁巻線ヨークの外観斜視図及び分解図である。 ロータの回転軸方向が図面の左右方向に合致するような視点から見た、第６変形構造に係る界磁巻線ヨークの外観図である。 第６変形構造に係る界磁巻線ヨークの、ＸＹ座標面上への投影図である。 第６変形構造に係る界磁巻線部の発生磁束の磁路を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るモータの全体構造を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、夫々、永久磁石を横切り且つ回転軸の直交面に沿った第２実施形態に係るロータの断面図、空隙を横切り且つ回転軸の直交面に沿った該ロータの断面図である。 回転軸の平行面に沿った、図３４のロータ及びステータの断面図である。 本発明の第２実施形態に係り、第７変形構造を採用したロータ及びステータの断面図（回転軸の平行面に沿った断面図）である。 第７変形構造に係るロータの構造を説明するための図であって、回転軸が図面の左右方向に合致する方向から見た、図３６のロータの外観平面図である。 本発明の第２実施形態の第８変形構造に係るモータの構成要素名称を列記した図である。 第８変形構造に係るロータの、回転軸の直交面に沿った断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、夫々、ロータの回転軸方向から見た、第８変形構造に係るロータの外観平面図である。 第８変形構造に係り、ステータの断面とロータ及び界磁巻線部のＤ−Ｄ’断面とを合成した図である。 （ａ）及び（ｂ）は、夫々、ロータの回転軸と一致するＺ軸の正側及び負側から見た、第８変形構造に係るロータの外観平面図である。 第８変形構造に係り、ステータの断面とロータ及び界磁巻線部のＹ断面とを合成した図である。 第８変形構造に係り、ステータの断面とロータ及び界磁巻線部のＸ断面とを合成した図である。 ロータの回転軸方向が図面の左右方向に合致するような視点から見た、第８変形構造に係る界磁巻線ヨークの外観図である。 第８変形構造に係る界磁巻線ヨークの、ＸＹ座標面上への投影図である。 第８変形構造に係る界磁巻線部の発生磁束の磁路を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係るモータ駆動システムの全体ブロック図である。 図４９のモータ駆動システムが搭載される圧縮機の外観図である。

符号の説明

１、２０１ モータ
１０、２１０ ステータ
１１、２１１ ステータ積層鉄心
１２、２１２ スロット
１３、２１３ ティース
２０、２０ａ〜２０ｆ、２２０、２２０ａ、２２０ｂ ロータ
２１、２１ａ〜２１ｆ ロータ積層鉄心
２２ シャフト
３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３４Ｂ、３１Ａａ〜３４Ａａ、３１Ｂａ〜３４Ｂａ、２３１〜２３４など 永久磁石
３１Ｇ〜３４Ｇ、３１Ｇａ〜３４Ｇａ、２６０など 空隙
２５〜２８、２５ａ〜２８ａ 非磁性体
２４０ 内周積層鉄心
２５０ 外周積層鉄心
５００ 圧縮機

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、モータの構造を表す図面において、図示の簡略化のため又は便宜上、外観上現れる部位の一部の図示を省略することがある。

＜＜第１実施形態＞＞
本発明の第１実施形態に係るモータ１の構造を説明する。図１は、モータ１の全体構造を示す概略図である。モータ１は、永久磁石を鉄心内に埋め込んで形成されたロータ２０と、ロータ２０の外側に固定配置されるステータ１０と、を有する永久磁石同期モータであり、特に埋込磁石同期モータと呼ばれる。ロータ２０は、ステータ１０の内側に配置されるため、ロータ２０はインナーロータであり、モータ１は、インナーロータ型のモータと呼べる。図１は、ロータ２０の回転軸方向から見たモータ１の外観平面図であり、図２は、ロータ２０の回転軸方向から見たステータ１０の外観平面図である。また、図３は、ロータ２０の回転軸に直交する方向から見たロータ２０の外観平面図である。

ロータ２０の中心部には回転軸方向に沿って伸びる円柱状のシャフト２２が配置され、ロータ２０はシャフト２２と一体となってステータ１０内で回転する。シャフト２２をロータ２０の構成要素と捉えることができる。尚、図１及び図２では、図示の便宜上、ステータ１０の部材及びシャフト２２を含むロータ２０の部材が存在する部分に模様を付している。以下、ロータ２０の回転軸をＺ軸とする。

ステータ１０は、磁性材料（強磁性体）である鋼板（ケイ素鋼板など）をロータ２０の回転軸方向に複数枚積層することによって形成されたステータ積層鉄心１１を有し、ステータ積層鉄心１１には、６つのスロット１２と内周方向に突出した６つのティース（歯）１３が交互に形成されている。そして、コイルを配置するためのスロット１２を利用して、各ティース１３の周りにコイル（図２において不図示）を巻くことによってステータ１０の電機子巻線が形成される。つまり、ステータ１０は、所謂６コイル集中巻ステータである。尚、スロット数、ティース数及びコイル数は６以外であってもよい。

図４は、Ｚ軸に直交する任意の面に沿ったロータ２０の断面図、即ち、ロータ２０のＡ−Ａ’断面図（図３参照）である。断面位置の、Ｚ軸方向における変化に対して、ロータ２０の断面構造は不変である。

ロータ２０は、Ｚ軸上に円心を有する円盤状の鋼板を絶縁膜を介して複数枚Ｚ軸方向に積層することによって形成されるロータ積層鉄心２１と、Ｚ軸を中心軸として有する円柱状のシャフト２２と、板状の永久磁石３１Ａ〜３４Ａ及び３１Ｂ〜３４Ｂと、各々が隣接する永久磁石間に位置する非磁性体２５〜２８とを有する。

ロータ積層鉄心２１には、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴が設けられており、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴に、夫々、シャフト２２、永久磁石３１Ａ〜３４Ａ及び３１Ｂ〜３４Ｂ、並びに、非磁性体２５〜２８を挿入し、それらを互いに結合して固定することによりロータ２０が形成される。ロータ積層鉄心２１を形成する各鋼板は、磁性材料（強磁性体）から成り、例えばケイ素鋼板である。ロータ積層鉄心２１を形成する各鋼板は、上記シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴が形成されるように所定形状に成型されている。

今、図４の断面図上のシャフト２２の中心に原点Ｏが存在するものとし、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から成る実空間上の直交座標系を定義する。Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸に直交すると共にＹ軸はＸ軸及びＺ軸に直交し、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は原点Ｏにて交差する。原点Ｏを境界にして、任意の点のＸ軸座標値の極性は正と負に分類され、且つ、任意の点のＹ軸座標値の極性は正と負に分類される。図４及び後述の図６、図１１〜図１５、図１７（ａ）、図１８を含む、ＸＹ座標面に沿った断面図において、右側及び左側が夫々Ｘ軸の正側及び負側に対応し、上側及び下側が夫々Ｙ軸の正側及び負側に対応する。

ＸＹ座標面上において、ロータ積層鉄心２１の断面形状（外周形状）は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致し、シャフト２２の断面形状は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致する。ロータ積層鉄心２１の外周円を符号ＯＣによって表す。

ＸＹ座標面上において、永久磁石３１Ａ〜３４Ａ及び３１Ｂ〜３４Ｂの夫々の断面形状は長方形であり、ＸＹ座標面上における第１、第２、第３及び第４象限に、夫々、永久磁石３２Ｂ及び３１Ａ、永久磁石３１Ｂ及び３４Ａ、永久磁石３４Ｂ及び３３Ａ、並びに、永久磁石３３Ｂ及び３２Ａが位置する。そして、永久磁石３１Ａ及び３１Ｂ間、永久磁石３２Ａ及び３２Ｂ間、永久磁石３３Ａ及び３３Ｂ間並びに永久磁石３４Ａ及び３４Ｂ間に、夫々、空隙３１Ｇ、３２Ｇ、３３Ｇ及び３４Ｇが設けられる。即ち、ロータ積層鉄心２１の永久磁石挿入穴の一部には永久磁石が挿入されず、そこには空気が位置することになる。ＸＹ座標面上において、空隙３１Ｇ〜３４Ｇの夫々の断面形状は長方形である。ＸＹ座標面上において、ロータ積層鉄心２１の外周円ＯＣ内であって且つシャフト２２、永久磁石３１Ａ〜３４Ａ及び３１Ｂ〜３４Ｂ、空隙３１Ｇ〜３４Ｇ及び非磁性体２５〜２８の何れもが存在しない部分には、ロータ積層鉄心２１を形成する磁性材料（鋼板材料）が存在する。

図５を参照して、永久磁石及び空隙の配置位置を詳細に説明する。今、ＸＹ座標面上に位置する点Ｐ_Ａ１〜Ｐ_Ａ４、Ｐ_Ｂ１〜Ｐ_Ｂ４、Ｐ_Ｇ３及びＰ_Ｇ４を想定し、各点のＸＹ座標値を以下のように定義する。
ＸＹ座標面上において、点Ｐ_Ａ１〜Ｐ_Ａ４及びＰ_Ｇ３は第１象限内に位置し、点Ｐ_Ｂ１〜Ｐ_Ｂ４及びＰ_Ｇ４は第２象限内に位置する。
点Ｐ_Ａ１、Ｐ_Ａ２、Ｐ_Ｂ１及びＰ_Ｂ２のＹ座標値ｙ_１は同じであり、
点Ｐ_Ｇ３及びＰ_Ｇ４のＹ座標値ｙ_２は同じであり、
点Ｐ_Ａ３、Ｐ_Ａ４、Ｐ_Ｂ３及びＰ_Ｂ４のＹ座標値ｙ_３は同じであり、ｙ_１＞ｙ_２＞ｙ_３である。
点Ｐ_Ａ２及びＰ_Ａ３のＸ座標値ｘ_１は同じであり、
点Ｐ_Ａ１、Ｐ_Ａ４及びＰ_Ｇ３のＸ座標値ｘ_２は同じであり、
点Ｐ_Ｂ２、Ｐ_Ｂ３及びＰ_Ｇ４のＸ座標値ｘ_３は同じであり、
点Ｐ_Ｂ１及びＰ_Ｂ４のＸ座標値ｘ_４は同じであり、ｘ_１＞ｘ_２＞ｘ_３＞ｘ_４である。
そして、点Ｐ_Ａ１〜Ｐ_Ａ４を４頂点とする長方形Ｑ_Ａと点Ｐ_Ｂ１〜Ｐ_Ｂ４を４頂点とする長方形Ｑ_Ｂの形状及び大きさは同じであり、長方形Ｑ_Ａと長方形Ｑ_ＢはＹ軸を対称軸とする線対称の関係を有する。また、点Ｐ_Ｂ２、Ｐ_Ａ１、Ｐ_Ｇ３及びＰ_Ｇ４を４頂点とする長方形をＱ_Ｇにて表す。

ＸＹ座標面上において、長方形Ｑ_Ａ、Ｑ_Ｂ及びＱ_Ｇ内に、夫々、永久磁石３１Ａ、永久磁石３１Ｂ及び空隙３１Ｇが配置される。即ち、永久磁石３１Ａ、永久磁石３１Ｂ及び空隙３１Ｇの断面形状である長方形は、夫々、長方形Ｑ_Ａ、Ｑ_Ｂ及びＱ_Ｇと合致する。

永久磁石３１Ａ〜３４Ａ及び３１Ｂ〜３４Ｂの形状及び大きさは同じであり、空隙３１Ｇ〜３４Ｇの形状及び大きさは同じである。そして、ロータ２０はＸ軸を対称軸とする線対称の構造を有すると共にＹ軸を対称軸とする線対称の構造を有する。つまり、
永久磁石３１Ａ、３１Ｂ及び空隙３１Ｇの配置位置を、Ｚ軸を中心軸としてＸＹ座標面の右回りに９０度だけ回転移動した位置に永久磁石３２Ａ、３２Ｂ及び空隙３２Ｇが配置され、且つ、
永久磁石３１Ａ、３１Ｂ及び空隙３１Ｇの配置位置を、Ｚ軸を中心軸としてＸＹ座標面の右回りに１８０度だけ回転移動した位置に永久磁石３３Ａ、３３Ｂ及び空隙３３Ｇが配置され、且つ、
永久磁石３１Ａ、３１Ｂ及び空隙３１Ｇの配置位置を、Ｚ軸を中心軸としてＸＹ座標面の右回りに２７０度だけ回転移動した位置に永久磁石３４Ａ、３４Ｂ及び空隙３４Ｇが配置される。

各永久磁石が作る磁束の向きはＺ軸に直交する。そして、ＸＹ座標面上において、
永久磁石３１Ａ及び３１Ｂ内の夫々の下側に、それらのＮ極が位置し、
永久磁石３２Ａ及び３２Ｂ内の夫々の右側に、それらのＮ極が位置し、
永久磁石３３Ａ及び３３Ｂ内の夫々の上側に、それらのＮ極が位置し、
永久磁石３４Ａ及び３４Ｂ内の夫々の左側に、それらのＮ極が位置する。
従って、永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３３Ａ及び３３Ｂが作る磁束の向きはＹ軸に対して平行であり、且つ、永久磁石３２Ａ、３２Ｂ、３４Ａ及び３４Ｂが作る磁束の向きはＸ軸に対して平行である。

ＸＹ座標面上において、非磁性体２５〜２８の断面形状は三角形又は三角形の類似形状であり、ＸＹ座標面における第１、第４、第３及び第２象限に、夫々、非磁性体２５、２６、２７及び２８が位置する。より具体的には、ＸＹ座標面上において、
永久磁石３１Ａの右側であって且つ永久磁石３２Ｂの上側に非磁性体２５が位置すると共に、永久磁石３１Ａ及び非磁性体２５間と永久磁石３２Ｂ及び非磁性体２５間を含む、非磁性体２５の周辺部には、ロータ積層鉄心２１の一部であるブリッジ部が介在し、
永久磁石３３Ｂの右側であって且つ永久磁石３２Ａの下側に非磁性体２６が位置すると共に、永久磁石３３Ｂ及び非磁性体２６間と永久磁石３２Ａ及び非磁性体２６間を含む、非磁性体２６の周辺部には、ロータ積層鉄心２１の一部であるブリッジ部が介在し、
永久磁石３３Ａの左側であって且つ永久磁石３４Ｂの下側に非磁性体２７が位置すると共に、永久磁石３３Ａ及び非磁性体２７間と永久磁石３４Ｂ及び非磁性体２７間を含む、非磁性体２７の周辺部には、ロータ積層鉄心２１の一部であるブリッジ部が介在し、
永久磁石３１Ｂの左側であって且つ永久磁石３４Ａの上側に非磁性体２８が位置すると共に、永久磁石３１Ｂ及び非磁性体２８間と永久磁石３４Ａ及び非磁性体２８間を含む、非磁性体２８の周辺部には、ロータ積層鉄心２１の一部であるブリッジ部が介在する。

尚、空隙３１Ｇ〜３４Ｇの配置位置を上述したそれよりも原点Ｏ側に移動させても構わない。つまり例えば、上述した空隙３１Ｇの配置位置を基準として、空隙３１Ｇの配置位置を原点Ｏ側に幾分平行移動させても良い。また、永久磁石３１Ａと空隙３１Ｇ間及び／又は永久磁石３１Ｂと空隙３１Ｇ間にロータ積層鉄心２１の一部を介在させてもよい（永久磁石３２Ｂ及び空隙３２Ｇなどに対しても同様）。

ロータ積層鉄心２１は、永久磁石の内周側に位置する内周積層鉄心と、永久磁石の外周側に位置する外周積層鉄心と、上記ブリッジ部と、に大別される。内周積層鉄心は、ロータ積層鉄心２１の内の、永久磁石３１Ａ〜３４Ａ及び３１Ｂ〜３４Ｂよりも原点Ｏ（Ｚ軸）側に位置する部分を指し、外周積層鉄心は、ロータ積層鉄心２１の内の、永久磁石３１Ａ〜３４Ａ及び３１Ｂ〜３４Ｂよりも外周円ＯＣ側に位置する部分を指す。

上述の如く、本実施形態に係るロータ２０では、内周積層鉄心と外周積層鉄心との間であって且つ１つの連続する永久磁石挿入穴の一部に、空隙が設けられる。そして、その空隙の厚みは永久磁石の厚みの１／２以下とされる。

［空隙を設ける意義］
このような空隙を設けることの意義を説明する。空隙を介して隣接する２つの永久磁石（例えば、３１Ａと３１Ｂ）によって１極分の永久磁石が形成され、全体として、モータ１には４極分の永久磁石が設けられている（即ち、モータ１の極数は４である）。今、図６に示す如く、１極分の永久磁石を形成する２つの永久磁石の幅をＷｍ_１及びＷｍ_２とする。そうすると、１極分の永久磁石のトータルの幅Ｗｍは、Ｗｍ＝Ｗｍ_１＋Ｗｍ_２、で表される。更に、永久磁石の厚みをＴｍとする。

ここで、永久磁石の厚みとは、永久磁石の両極間方向における永久磁石の長さである。永久磁石の両極間方向とは、その永久磁石のＮ極とＳ極を結ぶ方向である。本例において、永久磁石の幅とは、永久磁石の両極間方向の直交方向であって且つＸＹ座標面上における永久磁石の長さを指す。

また、着目した１極分の永久磁石が作る磁束の方向にｄ軸をとる。そして、その１極分の永久磁石に対して設けられた空隙の、ｄ軸方向における長さを「空隙の厚み」と呼び、それをＴａで表す。更に、或る空隙に関し、その空隙の厚み方向に直交する方向であって且つＸＹ座標面上における空隙の長さを「空隙の幅」と呼び、それをＷａにて表す。

説明の具体化のため、永久磁石３１Ａ及び３１Ｂによって形成される１極分の永久磁石に着目する。そうすると、永久磁石３１Ａ及び３１Ｂの幅（即ち、Ｘ軸方向における長さ）がそれぞれＷｍ_１及びＷｍ_２であり、永久磁石３１Ａ及び３１Ｂの各厚み（即ち、Ｙ軸方向における長さ）がＴｍである。そして、空隙３１Ｇの幅（即ち、Ｘ軸方向における長さ）がＷａであり、空隙３１Ｇの厚み（即ち、Ｙ軸方向における長さ）がＴａである。また、永久磁石３１Ａ及び３１Ｂによって形成される１極分の永久磁石を永久磁石３１と呼ぶ（図７参照）。

永久磁石３１近傍におけるｄ軸方向の磁気回路は、永久磁石３１の磁気抵抗Ｒｍと空隙３１Ｇの磁気抵抗Ｒａの並列接続回路と等価であると考えられる。従って、永久磁石３１近傍におけるｄ軸方向の磁気抵抗Ｒｄは、下記式（２）によって表される。磁気抵抗Ｒｍ及びＲａは、式（１ａ）及び（１ｂ）によって表される。尚、外周積層鉄心と内周積層鉄心とを繋ぐブリッジ部（図４の非磁性体２５及び２８近傍の鉄心部分）は、永久磁石によって十分に磁気飽和を起こしていると考えられるため、そのブリッジ部における磁気抵抗は十分に大きいと仮定して無視する。

ここで、Ｌは、Ｚ軸方向におけるロータ２０の長さである。本例において、各永久磁石（３１Ａなど）及び各空隙（３１Ｇ）の、Ｚ軸方向における長さもＬである。μ_０は真空の透磁率である。空気及び永久磁石の比透磁率はほぼ１であるため、空隙内における空気の透磁率及び永久磁石の透磁率はμ_０に等しいと近似する。

ところで、埋込磁石同期モータに代表される突極機の高速回転時においては、永久磁石に由来してモータ内で生じる誘起電圧の過度の上昇を抑えるべく弱め界磁制御（弱め磁束制御）が一般的に用いられる。この弱め界磁制御は、負のｄ軸電流を電機子巻線に流すことによって達成される。ｄ軸電流とは、ステータ１０の電機子巻線に流れる電機子電流のｄ軸成分であり、負の極性を有するｄ軸電流は、永久磁石による電機子巻線の鎖交磁束を弱める方向に作用する。ｄ軸電流をｉｄによって表す。また、ステータ１０の電機子巻線のインダクタンスのｄ軸成分をｄ軸インダクタンスと呼び、それをＬｄにて表す。

ｄ軸電流を電機子巻線に流すことによって発生する磁束はＬｄ・ｉｄにて表される。また、その磁束（Ｌｄ・ｉｄ）は、ｄ軸電流による起磁力Ｆｄにより、ｄ軸方向の磁気抵抗Ｒｄ及びロータ−ステータ間ギャップの磁気抵抗を流れる磁束とみなされる。ロータ−ステータ間ギャップとは、ロータ２０とステータ１０との間に介在する機械的なすき間である。

ロータ−ステータ間ギャップはロータ２０の全周に存在するため、図８に示す如く、起磁力Ｆｄによって生じる磁束は、ｄ軸方向に沿って２極分の永久磁石部分及び２つのロータ−ステータ間ギャップを経由する磁路を通る。尚、図８では、２極分の永久磁石部分及び２つのロータ−ステータ間ギャップを経由する１つの磁路のみを、矢印付き曲線で表している（実際には、上下及び左右対称となるように、そのような磁路が全部で４つ分形成される）。従って、起磁力Ｆｄによって生じる磁束Ｌｄ・ｉｄの磁気回路は、図９のように表すことができる。ここで、Ｒｇは、１つ分のロータ−ステータ間ギャップの磁気抵抗を表す。尚、ステータ積層鉄心及びロータ積層鉄心の比透磁率は十分に大きな値（例えば、数百〜数万）を有しているため（後述の他の例についても同様）、それらの磁気抵抗は十分に小さいと仮定して無視する。

図９に示す磁気回路より下記式（３ａ）が導かれる。また、通常、磁気抵抗Ｒｇは磁気抵抗Ｒｄに対して十分に小さいため、式（３ａ）を式（３ｂ）に近似することができる。つまり、ｄ軸電流による磁束Ｌｄ・ｉｄは、Ｒｄの逆数に略比例すると考えられる。Ｒｄの逆数をＰｄとおくと、Ｐｄは下記式（４）によって表される。磁気抵抗の逆数は一般にパーミアンスと呼ばれる。

（Ｗｍ＋Ｗａ）に対する空隙幅Ｗａの比率（即ち、Ｗａ／（Ｗｍ＋Ｗａ））を、以下単に空隙幅比率といい、Ｔｍに対する空隙厚みＴａの比率（即ち、Ｔａ／Ｔｍ）を、以下単に空隙厚み比率という。空隙幅比率と空隙厚み比率を様々に変化させて、式（４）に基づきｄ軸方向におけるパーミアンスＰｄを計算した結果を図１０に示す。図１０のグラフにおいて、横軸は空隙厚み比率を表し、縦軸はパーミアンスＰｄを表す。曲線ＣＶ_１、ＣＶ_２、ＣＶ_３及びＣＶ_４は、夫々、空隙幅比率を夫々５％、１０％、２０％及び３０％とした時における、パーミアンスＰｄの、空隙厚み比率依存性を表している。但し、曲線ＣＶ_１、ＣＶ_２、ＣＶ_３及びＣＶ_４の夫々は、Ｔａ＝Ｔｍとした時のパーミアンスＰｄが１となるように正規化されている。

図１０からも分かるように、空隙厚み比率が１から減少するにつれてパーミアンスＰｄが増加する。パーミアンスＰｄが大きいと、同じｄ軸電流でもより多くのｄ軸磁束（Ｌｄ・ｉｄ）を発生させることができるため、効果的に弱め界磁制御を成すことが可能となる。結果、弱め界磁制御において、ｄ軸電流による損失（銅損）増加を低減することができる。例えば、パーミアンスＰｄが２割増加すれば、同じｄ軸磁束（弱め界磁磁束）を発生するためのｄ軸電流を約２割低減することができ、その分の損失（銅損）が低減される。

Ｔａ＝Ｔｍとする場合を基準として空隙厚み比率を小さくすればパーミアンスＰｄの増加が見込めるわけであるが、空隙厚み比率が１に近いとパーミアンスＰｄの増加効果及びそれに起因する損失低減効果は小さい。一方において、図１０に見られるように、パーミアンスＰｄの増加は空隙厚み比率が０．５以下となる領域で顕著となる。そこで、本実施形態では、空隙厚み比率が０．５以下となるようなロータ２０の断面構造を採用する。即ち、「Ｔａ≦０．５×Ｔｍ」が成立するような空隙を内周積層鉄心−外周積層鉄心間に配置する。

また、十分に有益な損失低減効果を得るために、具体的には例えば、空隙幅比率が５％以下である場合は空隙厚み比率を０．２以下とすることが望ましく、空隙幅比率が１０％以下である場合は空隙厚み比率を０．３以下とすることが望ましく、空隙幅比率が２０％以下である場合は空隙厚み比率を０．４以下とすることが望ましく、空隙幅比率が３０％以下である場合は空隙厚み比率を０．５以下とすることが望ましい。但し、空隙幅比率が比較的大きい場合に空隙厚み比率を小さくしすぎると、パーミアンスＰｄが大きくなりすぎて磁石磁束の漏れへの影響が大きくなる（図１１の破線矢印ＬＫ_１に沿った漏れ磁気回路を経由して永久磁石の発生磁束は漏れる）。このため、空隙幅比率に応じて空隙厚み比率の下限を設定することが望ましい。例えば、空隙幅比率が２０％以上である場合には、空隙厚み比率を０．１〜０．２以上とすることが望ましい。

上述の如く、「Ｔａ≦０．５×Ｔｍ」を満たす空隙を内周積層鉄心−外周積層鉄心間に配置することにより、ｄ軸方向のパーミアンスを効果的に増大させることができ、必要な弱め界磁磁束を得るためのｄ軸電流を低減することができる。結果、高速回転時における損失（銅損）を低減することができる。また、ｄ軸電流によって発生した磁束は、永久磁石に隣接する空隙側を優先的に通るため、永久磁石自身に反磁界が加わりにくくなって永久磁石の減磁の発生が抑制される。

尚、内周積層鉄心−外周積層鉄心間に空隙を配置するロータ構造を採用する場合、その空隙を介した磁石磁束の漏れへの影響を考慮して、通常、その空隙の厚みは永久磁石の厚みと同じとされることが多い。その空隙に隣接すべき永久磁石を所望の位置に配置すべく（永久磁石の所謂「位置決め」のために）、空隙の厚みを永久磁石の厚みよりも若干短くすることは従来でもあったかもしれないが、磁石磁束の漏れへの影響を考慮し、空隙の厚みを積極的に永久磁石の厚みの半分以下にするという発想は従来において存在しなかった。

モータ１の構造の一部を変形することが可能である。モータ１の構造変形例として、以下に、第１〜第６変形構造を説明する。第１〜第６変形構造に係るモータ構造を採用しても、上述の同様の作用及び効果が得られる。尚、変形が施されていない、上述のモータ１の構造を、以下「モータ１の基本構造」又は単に「基本構造」と呼ぶ。

各変形構造の説明では、基本構造との相違点に特に着目する。各変形構造の説明において、特に述べられない技術的事項に対しては、基本構造のそれが適用される（或いは適用可能である）。尚、基本構造の説明において記載した事項を各変形構造に適用する場合、同一名称の部位間の符号の相違は、適宜、無視される。例えば、第１変形構造の説明において、ロータに対する符号に２０ａを用いるが、基本構造の説明において記載した事項を第１変形構造に適用する場合、符号２０と２０ａ間の相違は必要に応じて無視される。

［第１変形構造］
第１変形構造を説明する。第１変形構造では、モータ１の基本構造におけるロータ２０の断面構造が変形される。この変形がなされたロータをロータ２０ａと呼ぶ。ロータ２０ａの回転軸をＺ軸とする。図１２は、Ｚ軸に直交する任意の面に沿ったロータ２０ａの断面図である。断面位置の、Ｚ軸方向における変化に対して、ロータ２０ａの断面構造は不変である。

ロータ２０ａは、基本構造のロータ積層鉄心２１と同様にして形成されるロータ積層鉄心２１ａと、Ｚ軸を中心軸として有する円柱状のシャフト２２と、板状の永久磁石３１Ａａ〜３４Ａａ及び３１Ｂａ〜３４Ｂａと、非磁性体２５ａ〜２８ａとを有する。ロータ積層鉄心２１ａには、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴が設けられており、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴に、夫々、シャフト２２、永久磁石３１Ａａ〜３４Ａａ及び３１Ｂａ〜３４Ｂａ並びに非磁性体２５ａ〜２８ａを挿入し、それらを互いに結合して固定することによりロータ２０ａが形成される。

図１２の断面図上のシャフト２２の中心に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする直交座標系の原点Ｏが存在するものとする。図１２は、ＸＹ座標面に沿ったロータ２０ａの断面図である。ＸＹ座標面上において、ロータ積層鉄心２１ａの断面形状（外周形状）は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致し、シャフト２２の断面形状は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致する。ロータ積層鉄心２１ａの外周円ＯＣは、基本構造におけるロータ積層鉄心２１のそれと合致する。

ロータ２０ａは、基本構造におけるロータ積層鉄心２１、永久磁石３１Ａ〜３４Ａ及び３１Ｂ〜３４Ｂ、非磁性体２５〜２８並びに空隙３１Ｇ〜３４Ｇを、夫々、ロータ積層鉄心２１ａ、永久磁石３１Ａａ〜３４Ａａ及び３１Ｂａ〜３４Ｂａ、非磁性体２５ａ〜２８ａ並びに空隙３１Ｇａ〜３４Ｇａに置き換えたものである。

ＸＹ座標面上において、各永久磁石の断面形状は長方形である。永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａ間、永久磁石３２Ａａ及び３２Ｂａ間、永久磁石３３Ａａ及び３３Ｂａ間並びに永久磁石３４Ａａ及び３４Ｂａ間に、夫々、空隙３１Ｇａ、３２Ｇａ、３３Ｇａ及び３４Ｇａが設けられる。ＸＹ座標面上において、空隙３１Ｇａ〜３４Ｇａの夫々の断面形状は長方形である。ＸＹ座標面上において、ロータ積層鉄心２１ａの外周円ＯＣ内であって且つシャフト、永久磁石、空隙及び非磁性体の何れもが存在しない部分には、ロータ積層鉄心２１ａを形成する磁性材料（鋼板材料）が存在する。

説明の簡略化上、基本構造における各永久磁石の形状及び大きさと、第１変形構造における各永久磁石の形状及び大きさは同じであるとする。ＸＹ座標面において、基本構造における永久磁石３１Ａの配置位置を、永久磁石３１Ａの中心を回転軸として反時計回りに角度εだけ回転させた位置に永久磁石３１Ａａは配置され、且つ、基本構造における永久磁石３１Ｂの配置位置を、永久磁石３１Ｂの中心を回転軸として時計回りに角度εだけ回転させた位置に永久磁石３１Ｂａは配置される（ここで、０°＜ε＜９０°であって、例えば、１０°＜ε＜４０°）。空隙３１Ｇａは、Ｙ軸上に中心を有するように永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａ間に配置される。ＸＹ座標面上において、永久磁石３１Ａａの断面形状である長方形の４辺の内、最も原点Ｏに近い辺６１の両端点と、永久磁石３１Ｂａの断面形状である長方形の４辺の内、最も原点Ｏに近い辺６２の両端点と、を頂点とする台形を想定した場合、例えば、空隙３１Ｇａは、この台形内に位置する。また、永久磁石３１Ａａと空隙３１Ｇａとの間、及び、永久磁石３１Ｂａと空隙３１Ｇａとの間には、夫々、内周積層鉄心と外周積層鉄心を連結する、ロータ積層鉄心２１ａの一部が存在する。

そして、ロータ２０ａはＸ軸を対称軸とする線対称の構造を有すると共にＹ軸を対称軸とする線対称の構造を有する。つまり、永久磁石３１Ａａ、３１Ｂａ及び空隙３１Ｇａの配置位置を、Ｚ軸を中心軸としてＸＹ座標面の右回りに９０度、１８０度、２７０度だけ回転移動した位置に、夫々、永久磁石３２Ａａ、３２Ｂａ及び空隙３２Ｇａ、永久磁石３３Ａａ、３３Ｂａ及び空隙３３Ｇａ、永久磁石３４Ａａ、３４Ｂａ及び空隙３４Ｇａが配置される。

各永久磁石が作る磁束の向きはＺ軸に直交する。永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａによって、永久磁石３２Ａａ及び３２Ｂａによって、永久磁石３３Ａａ及び３３Ｂａによって、
永久磁石３４Ａａ及び３４Ｂａによって、夫々、１極分の永久磁石が形成される。永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａによって生成される１極分の永久磁石の磁束の向きと、永久磁石３３Ａａ及び３３Ｂａによって生成される１極分の永久磁石の磁束の向きは、Ｙ軸に対して平行である。永久磁石３２Ａａ及び３２Ｂａによって生成される１極分の永久磁石の磁束の向きと、永久磁石３４Ａａ及び３４Ｂａによって生成される１極分の永久磁石の磁束の向きは、Ｘ軸に対して平行である。

ＸＹ座標面上における非磁性体２５ａ〜２８ａの配置位置は、基本構造の非磁性体２５〜２８の配置位置と略同じであるが、永久磁石がＸ軸又はＹ軸に対して傾けられたことに伴い、非磁性体２５ａ〜２８ａの形状は基本構造のそれらから適宜変更される。

永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａによって形成される１極分の永久磁石に着目した場合、永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａの幅が夫々Ｗｍ_１及びＷｍ_２として、且つ、永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａの各厚みがＴｍとして、且つ、Ｙ軸及びＸ軸方向における空隙３１ａの長さが夫々Ｔａ及びＷａとして取り扱われ、基本構造で述べた空隙厚み比率の設定方法が第１変形構造にも適用される。尚、永久磁石３１Ａａと空隙３１Ｇａとの間及び永久磁石３１Ｂａと空隙３１Ｇａとの間に存在する鉄心部分は、永久磁石によって十分に磁気飽和を起こしていると考えられるため、空隙厚み比率の設定に際して、その存在を無視することができる。

［第２変形構造］
第１変形構造は、更に以下のように変形されうる。更なる変形が施された変形構造を第２変形構造とし、第２変形構造に係るロータをロータ２０ｂと呼ぶ。ロータ２０ｂの回転軸をＺ軸とする。図１３は、Ｚ軸に直交する任意の面に沿ったロータ２０ｂの断面図である。断面位置の、Ｚ軸方向における変化に対して、ロータ２０ｂの断面構造は不変である。第２変形構造において特に述べられない事項については、第１変形構造の記載が適用される。

ロータ２０ｂは、基本構造のロータ積層鉄心２１と同様にして形成されるロータ積層鉄心２１ｂと、Ｚ軸を中心軸として有する円柱状のシャフト２２と、板状の永久磁石３１Ａａ〜３４Ａａ及び３１Ｂａ〜３４Ｂａと、非磁性体２５ａ〜２８ａとを有する。

図１３の断面図上のシャフト２２の中心に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする直交座標系の原点Ｏが存在するものとする。図１３は、ＸＹ座標面に沿ったロータ２０ｂの断面図である。ＸＹ座標面上において、ロータ積層鉄心２１ｂの断面形状（外周形状）は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致し、シャフト２２の断面形状は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致する。ロータ積層鉄心２１ｂの外周円ＯＣは、基本構造におけるロータ積層鉄心２１のそれと合致する。

ロータ２０ｂにおけるロータ積層鉄心２１ｂには、空隙３１Ｇ_Ａ〜３４Ｇ_Ａ及び３１Ｇ_Ｂ〜３４Ｇ_Ｂが設けられる。図１２のロータ２０ａにおける空隙３１Ｇａ、３２Ｇａ、３３Ｇａ、３４Ｇａを、それぞれ、空隙３１Ｇ_Ａ及び３１Ｇ_Ｂ、空隙３２Ｇ_Ａ及び３２Ｇ_Ｂ、空隙３３Ｇ_Ａ及び３３Ｇ_Ｂ、空隙３４Ｇ_Ａ及び３４Ｇ_Ｂに置き換えて形成されるロータがロータ２０ｂに相当する。ロータ積層鉄心２１ｂ内における永久磁石、非磁性体の形状、大きさ及び配置位置は、図１２のロータ積層鉄心２１ａ内におけるそれらと同じである。ＸＹ座標面上において、ロータ積層鉄心２１ｂの外周円ＯＣ内であって且つシャフト、永久磁石、空隙及び非磁性体の何れもが存在しない部分には、ロータ積層鉄心２１ｂを形成する磁性材料（鋼板材料）が存在する。

第１変形構造で述べたように、ＸＹ座標面上において、辺６１の両端点と辺６２の両端点とを頂点とする台形を想定した場合、例えば、空隙３１Ｇ_Ａ及び３１Ｇ_Ｂは、この台形内に分離して位置する。空隙３１Ｇ_Ａ及び３１Ｇ_Ｂの断面形状は四角形であり、空隙３１Ｇ_Ａの断面形状における四角形の一辺が辺６１上に位置し、空隙３１Ｇ_Ｂの断面形状における四角形の一辺が辺６２上に位置する。また、空隙３１Ｇ_Ａ及び３１Ｇ_Ｂ間には、内周積層鉄心と外周積層鉄心を連結する、ロータ積層鉄心２１ｂの一部が存在する。

そして、ロータ２０ｂはＸ軸を対称軸とする線対称の構造を有すると共にＹ軸を対称軸とする線対称の構造を有する。つまり、永久磁石３１Ａａ、３１Ｂａ並びに空隙３１Ｇ_Ａ及び３１Ｇ_Ｂの配置位置を、Ｚ軸を中心軸としてＸＹ座標面の右回りに９０度、１８０度、２７０度だけ回転移動した位置に、夫々、永久磁石３２Ａａ、３２Ｂａ並びに空隙３２Ｇ_Ａ及び３２Ｇ_Ｂ、永久磁石３３Ａａ、３３Ｂａ並びに空隙３３Ｇ_Ａ及び３３Ｇ_Ｂ、永久磁石３４Ａａ、３４Ｂａ並びに空隙３４Ｇ_Ａ及び３４Ｇ_Ｂが配置される。

永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａによって形成される１極分の永久磁石に着目した場合、永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａの幅が夫々Ｗｍ_１及びＷｍ_２として、且つ、永久磁石３１Ａａ及び３１Ｂａの各厚みがＴｍとして取り扱われる。更に、空隙３１Ｇ_Ａ又は３１Ｇ_ＢのＹ軸方向における長さがＴａとして取り扱われ、空隙３１Ｇ_ＡのＸ軸方向における長さ（平均的長さ）と空隙３１Ｇ_ＢのＸ軸方向における長さ（平均的長さ）の合計長さがＷａとして取り扱わる。その上で、基本構造で述べた空隙厚み比率の設定方法が第２変形構造にも適用される。尚、空隙３１Ｇ_Ａ及び３１Ｇ_Ｂ間に存在する鉄心部分は、永久磁石によって十分に磁気飽和を起こしていると考えられるため、空隙厚み比率の設定に際して、その存在を無視することができる。

仮に、空隙の厚みを永久磁石の厚みと同程度に設定すると、ロータの断面図は図１４のようになる。この場合においても、隣接する空隙間に内周積層鉄心と外周積層鉄心を繋ぐ鉄心連結部（図１４の符号７１）が存在し、そのような鉄心連結部を有するモータ構造を採用すると、その鉄心連結部をも空隙とする場合と比べてｄ軸インダクタンスが若干増加する（ｄ軸方向におけるパーミアンスが若干増加する）。但し、上述したように、その鉄心連結部は磁気飽和を起こしていると考えられるため、弱め界磁磁束（Ｌｄ・ｉｄ）の経路への寄与は小さい。一方、本実施形態で提案する構造では、ギャップ長の小さな空隙が存在するため、鉄心連結部が磁気飽和を起こしていたとしても高いｄ軸インダクタンスを得ることができる。

［第３変形構造］
第３変形構造を説明する。第３変形構造では、モータ１の基本構造におけるロータ２０の断面構造が変形される。この変形がなされたロータをロータ２０ｃと呼ぶ。ロータ２０ｃの回転軸をＺ軸とする。図１５は、Ｚ軸に直交する任意の面に沿ったロータ２０ｃの断面図である。断面位置の、Ｚ軸方向における変化に対して、ロータ２０ｃの断面構造は不変である。

ロータ２０ｃは、基本構造のロータ積層鉄心２１と同様にして形成されるロータ積層鉄心２１ｃと、Ｚ軸を中心軸として有する円柱状のシャフト２２と、板状の永久磁石３１ｃ〜３４ｃと、非磁性体２５〜２８とを有する。ロータ積層鉄心２１ｃには、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴が設けられており、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴に、夫々、シャフト２２、永久磁石３１ｃ〜３４ｃ並びに非磁性体２５〜２８を挿入し、それらを互いに結合して固定することによりロータ２０ｃが形成される。

図１５の断面図上のシャフト２２の中心に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする直交座標系の原点Ｏが存在するものとする。図１５は、ＸＹ座標面に沿ったロータ２０ｃの断面図である。ＸＹ座標面上において、ロータ積層鉄心２１ｃの断面形状（外周形状）は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致し、シャフト２２の断面形状は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致する。ロータ積層鉄心２１ｃの外周円ＯＣは、基本構造におけるロータ積層鉄心２１のそれと合致する。

ロータ２０ｃは、基本構造におけるロータ積層鉄心２１、永久磁石３１Ａ〜３４Ａ及び３１Ｂ〜３４Ｂ並びに空隙３１Ｇ〜３４Ｇを、夫々、ロータ積層鉄心２１ｃ、永久磁石３１ｃ〜３４ｃ並びに空隙３１Ｇｃ_１〜３４Ｇｃ_１及び３１Ｇｃ_２〜３４Ｇｃ_２に置き換えたものである。

ＸＹ座標面上において、図４の永久磁石３１Ａ及び３１Ｂを左右方向に平行移動させて両永久磁石を結合したものが永久磁石３１ｃに相当し、図４の永久磁石３２Ａ及び３２Ｂを上下方向に平行移動させて両永久磁石を結合したものが永久磁石３２ｃに相当し、図４の永久磁石３３Ａ及び３３Ｂを左右方向に平行移動させて両永久磁石を結合したものが永久磁石３３ｃに相当し、図４の永久磁石３４Ａ及び３４Ｂを上下方向に平行移動させて両永久磁石を結合したものが永久磁石３４ｃに相当する。但し、永久磁石３１ｃ及び３３ｃの各中心はＹ軸上に位置し、永久磁石３２ｃ及び３４ｃの各中心はＸ軸上に位置する。

空隙３１Ｇｃ_１〜３４Ｇｃ_１及び３１Ｇｃ_２〜３４Ｇｃ_２は、内周積層鉄心と外周積層鉄心の間に配置される。ＸＹ座標面上において、永久磁石３１ｃの右端に隣接して空隙３１Ｇｃ_１が設けられ、永久磁石３１ｃの左端に隣接して空隙３１Ｇｃ_２が設けられる。ＸＹ座標面上において、各永久磁石及び各空隙の断面形状は長方形である。図１５の断面図では、永久磁石３１ｃと空隙３１Ｇｃ_１が直接接しているが、両者間にロータ積層鉄心２１ｃの一部を介在させても良い（永久磁石３１ｃと空隙３１Ｇｃ_２間についても同様）。ＸＹ座標面上において、ロータ積層鉄心２１ｃの外周円ＯＣ内であって且つシャフト、永久磁石、空隙及び非磁性体の何れもが存在しない部分には、ロータ積層鉄心２１ｃを形成する磁性材料（鋼板材料）が存在する。

そして、ロータ２０ｃはＸ軸を対称軸とする線対称の構造を有すると共にＹ軸を対称軸とする線対称の構造を有する。つまり、永久磁石３１ｃ並びに空隙３１Ｇｃ_１及び３１Ｇｃ_２の配置位置を、Ｚ軸を中心軸としてＸＹ座標面の右回りに９０度、１８０度、２７０度だけ回転移動した位置に、夫々、永久磁石３２ｃ並びに空隙３２Ｇｃ_１及び３２Ｇｃ_２、永久磁石３３ｃ並びに空隙３３Ｇｃ_１及び３３Ｇｃ_２、永久磁石３４ｃ並びに空隙３４Ｇｃ_１及び３４Ｇｃ_２が配置される。

各永久磁石が作る磁束の向きはＺ軸に直交する。第３変形構造では、永久磁石３１ｃ〜３４ｃの夫々が、単体で１極分の永久磁石を形成する。永久磁石３１ｃ及び３３ｃが作る磁束の向きは、それぞれ、Ｙ軸に対して平行である。永久磁石３２ｃ及び３４ｃが作る磁束の向きは、それぞれ、Ｘ軸に対して平行である。

ＸＹ座標面上において、
空隙３１Ｇｃ_１の右側であって且つ空隙３２Ｇｃ_２の上側に非磁性体２５が位置すると共に、空隙３１Ｇｃ_１及び非磁性体２５間と空隙３２Ｇｃ_２及び非磁性体２５間を含む、非磁性体２５の周辺部には、ロータ積層鉄心２１ｃの一部であるブリッジ部が介在し、
空隙３３Ｇｃ_２の右側であって且つ空隙３２Ｇｃ_１の下側に非磁性体２６が位置すると共に、空隙３３Ｇｃ_２及び非磁性体２６間と空隙３２Ｇｃ_１及び非磁性体２６間を含む、非磁性体２６の周辺部には、ロータ積層鉄心２１ｃの一部であるブリッジ部が介在し、
空隙３３Ｇｃ_１の左側であって且つ空隙３４Ｇｃ_２の下側に非磁性体２７が位置すると共に、空隙３３Ｇｃ_１及び非磁性体２７間と空隙３４Ｇｃ_２及び非磁性体２７間を含む、非磁性体２７の周辺部には、ロータ積層鉄心２１ｃの一部であるブリッジ部が介在し、
空隙３１Ｇｃ_２の左側であって且つ空隙３４Ｇｃ_１の上側に非磁性体２８が位置すると共に、空隙３１Ｇｃ_２及び非磁性体２８間と空隙３４Ｇｃ_１及び非磁性体２８間を含む、非磁性体２８の周辺部には、ロータ積層鉄心２１ｃの一部であるブリッジ部が介在する。

永久磁石３１ｃに着目した場合、永久磁石３１ｃの幅（即ち、永久磁石３１ｃのＸ軸方向における長さ）がＷｍとして、且つ、永久磁石３１ｃの厚み（即ち、永久磁石３１ｃのＹ軸方向における長さ）がＴｍとして取り扱われる。更に、空隙３１Ｇｃ_１又は３１Ｇｃ_２のＹ軸方向における長さがＴａとして取り扱われ、空隙３１Ｇｃ_１のＸ軸方向における長さと空隙３２Ｇｃ_２のＸ軸方向における長さの合計長さがＷａとして取り扱わる。その上で、基本構造で述べた空隙厚み比率の設定方法が第３変形構造にも適用される。

［第４変形構造］
第４変形構造を説明する。第４及び後述の第５変形構造では、空隙の幅が定義される方向が、上述の基本構造及び第１〜第３変形構造と異なる。第４変形構造におけるロータをロータ２０ｄと呼び、ロータ２０ｄの構造を詳細に説明する。

ロータ２０ｄの回転軸をＺ軸とする。図１６（ａ）は、ロータ２０ｄの回転軸に直交する方向から見たロータ２０ｄの外観平面図であり、図１６（ｂ）は、ロータ２０ｄの回転軸方向から見たロータ２０ｄの外観平面図である。Ｚ軸の直交面に沿う断面にてロータ２０ｄを切って得られる断面図は、断面位置がロータ２０ｄの中央付近の所定範囲内にある場合と、それ以外の場合とで異なる。前者の場合における断面はＡ_１−Ａ_１’線に沿った断面であり、後者の場合における断面はＡ_２−Ａ_２’線又はＡ_３−Ａ_３’線に沿った断面である。図１７（ａ）は、後者の場合に対応する、Ｚ軸の直交面に沿ったロータ２０ｄの断面図である。但し、図１７（ａ）は、ロータ２０ｄのＡ_２−Ａ_２’断面図であるとする。Ａ_３−Ａ_３’線に沿ったロータ２０ｄの断面構造はＡ_２−Ａ_２’線に沿ったロータ２０ｄの断面構造と同じである。

ロータ２０ｄは、基本構造のロータ積層鉄心２１と同様にして形成されるロータ積層鉄心２１ｄと、Ｚ軸を中心軸として有する円柱状のシャフト２２と、永久磁石３１Ａｄ〜３４Ａｄ及び永久磁石３１Ｂｄ〜３４Ｂｄ（永久磁石３１Ｂｄ〜３４Ｂｄは、図１７（ａ）において不図示）と、非磁性体２５〜２８とを有する。ロータ積層鉄心２１ｄには、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴が設けられており、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴に、夫々、シャフト２２、永久磁石３１Ａｄ〜３４Ａｄ及び永久磁石３１Ｂｄ〜３４Ｂｄ並びに非磁性体２５〜２８を挿入し、それらを互いに結合して固定することによりロータ２０ｄが形成される。

図１７（ａ）の断面図上のシャフト２２の中心に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする直交座標系の原点Ｏが存在するものとする。図１７（ａ）は、ＸＹ座標面に沿ったロータ２０ｄの断面図であるとする（即ち、図１６（ａ）のＡ_２−Ａ_２’線はＸＹ座標面上に位置する、と考える）。

今、図１６（ｂ）に示す如く、Ｙ軸に沿ったＢ−Ｂ’線を想定し、このＢ−Ｂ’線に沿ったロータ２０ｄの断面図を図１７（ｂ）に示す。また、図１７（ｂ）の断面図上に、Ａ_１−Ａ_１’線及びＡ_２−Ａ_２’線を重畳図示する。

ＸＹ座標面上において、ロータ積層鉄心２１ｄの断面形状（外周形状）は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致し、シャフト２２の断面形状は円であると共にその円の中心は原点Ｏと合致する。ロータ積層鉄心２１ｄの外周円ＯＣは、基本構造におけるロータ積層鉄心２１のそれと合致する。ＸＹ座標面上において、各永久磁石３１Ａｄ〜３４Ａｄの断面形状は長方形であり、永久磁石３１Ａｄ及び３３Ａｄにおける該長方形の中心はＹ軸上に位置し且つ永久磁石３２Ａｄ及び３４Ａｄにおける該長方形の中心はＸ軸上に位置する。但し、永久磁石３１Ａｄ〜３４Ａｄは、夫々、原点Ｏから見て、Ｙ軸の正側、Ｘ軸の正側、Ｙ軸の負側及びＸ軸の負側に位置する。ＸＹ座標面上において、ロータ２０ｄはＸ軸を対称軸とする線対称の構造を有すると共にＹ軸を対称軸とする線対称の構造を有する。

各永久磁石が作る磁束の向きはＺ軸に直交する。そして、ＸＹ座標面上において、
永久磁石３１Ａｄの下側に、永久磁石３１ＡｄのＮ極が位置し、
永久磁石３２Ａｄの右側に、永久磁石３２ＡｄのＮ極が位置し、
永久磁石３３Ａｄの上側に、永久磁石３３ＡｄのＮ極が位置し、
永久磁石３４Ａｄの左側に、永久磁石３４ＡｄのＮ極が位置する。
永久磁石３１Ａｄ及び３３Ａｄ（並びに３１Ｂｄ及び３３Ｂｄ）が作る磁束の向きはＹ軸に対して平行であり、且つ、永久磁石３２Ａｄ及び３４Ａｄ（並びに３２Ｂｄ及び３４Ｂｄ）が作る磁束の向きはＸ軸に対して平行である。

ＸＹ座標面上において、
永久磁石３１Ａｄの右側であって且つ永久磁石３２Ａｄの上側に非磁性体２５が位置すると共に、永久磁石３１Ａｄ及び非磁性体２５間と永久磁石３２Ａｄ及び非磁性体２５間を含む、非磁性体２５の周辺部には、ロータ積層鉄心２１ｄの一部であるブリッジ部が介在し、
永久磁石３３Ａｄの右側であって且つ永久磁石３２Ａｄの下側に非磁性体２６が位置すると共に、永久磁石３３Ａｄ及び非磁性体２６間と永久磁石３２Ａｄ及び非磁性体２６間を含む、非磁性体２６の周辺部には、ロータ積層鉄心２１ｄの一部であるブリッジ部が介在し、
永久磁石３３Ａｄの左側であって且つ永久磁石３４Ａｄの下側に非磁性体２７が位置すると共に、永久磁石３３Ａｄ及び非磁性体２７間と永久磁石３４Ａｄ及び非磁性体２７間を含む、非磁性体２７の周辺部には、ロータ積層鉄心２１ｄの一部であるブリッジ部が介在し、
永久磁石３１Ａｄの左側であって且つ永久磁石３４Ａｄの上側に非磁性体２８が位置すると共に、永久磁石３１Ａｄ及び非磁性体２８間と永久磁石３４Ａｄ及び非磁性体２８間を含む、非磁性体２８の周辺部には、ロータ積層鉄心２１ｄの一部であるブリッジ部が介在する。

図１７（ａ）に示すように、ロータ２０ｄのＡ_２−Ａ_２’断面上には、内周積層鉄心−外周積層鉄心間の空隙が存在していないが、図１７（ｂ）に示すロータ２０ｄのＢ−Ｂ’断面上において、その空隙が存在する。

説明の簡略化上、ロータ２０ｄ内に設けられる複数の永久磁石の形状及び大きさは全て同じであるとし、ロータ２０ｄ内に設けられる複数の空隙の形状及び大きさは全て同じであるとする。永久磁石３１Ａｄと永久磁石３１Ｂｄの磁束の向きは同じであり、それらによって１極分の永久磁石が形成され、永久磁石３３Ａｄと永久磁石３３Ｂｄの磁束の向きは同じであり、それらによって１極分の永久磁石が形成される。同様に、永久磁石３２Ａｄと永久磁石３２Ｂｄの磁束の向きは同じであり、それらによって１極分の永久磁石が形成され、永久磁石３４Ａｄと永久磁石３４Ｂｄの磁束の向きは同じであり、それらによって１極分の永久磁石が形成される（図１７（ａ）又は（ｂ）において、永久磁石３２Ｂｄ及び３４Ｂｄを不図示）。

ロータ２０ｄのＢ−Ｂ’断面上において、各永久磁石及び各空隙の断面形状は長方形である。Ｚ軸方向において、永久磁石３１Ａｄと永久磁石３１Ｂｄとの間には空隙３１Ｇｄが配置される。図１７（ｂ）の断面図では、永久磁石３１Ａｄと空隙３１Ｇｄが直接接しているが、両者間にロータ積層鉄心２１ｄの一部を介在させても良い（永久磁石３１Ｂｄと空隙３１Ｇｄ間についても同様）。

永久磁石３１Ａｄ及び３１Ｂｄ並びに空隙３１Ｇｄは、ロータ積層鉄心２１ｄにおける内周積層鉄心と外周積層鉄心との間に配置される。永久磁石３１Ａｄ及び３１Ｂｄ並びに空隙３１Ｇｄの配置位置を、Ｚ軸を中心軸としてＺ軸周りに９０度、１８０度、２７０度だけ回転移動した位置に、夫々、永久磁石３２Ａｄ及び３２Ｂｄ並びに空隙３２Ｇｄ、永久磁石３３Ａｄ及び３３Ｂｄ並びに空隙３３Ｇｄ、永久磁石３４Ａｄ及び３４Ｂｄ並びに空隙３４Ｇｄが配置される（図１７（ａ）又は（ｂ）において、空隙３２Ｇｄ及び３４Ｇｄを不図示）。ロータ積層鉄心２１ｄの外周面内であって且つシャフト、永久磁石、空隙及び非磁性体の何れもが存在しない部分には、ロータ積層鉄心２１ｄを形成する磁性材料（鋼板材料）が存在する。

また、ロータ２０ｄのＡ_１−Ａ_１’断面図を図１８に示す。

第４及び後述の第５変形構造においては、Ｚ軸方向における長さを幅方向と捉える。そして、図１９に示す如く、１極分の永久磁石を形成する２つの永久磁石の幅をＬｍ_１及びＬｍ_２とし、１極分の永久磁石のトータルの幅Ｌｍを、Ｌｍ＝Ｌｍ_１＋Ｌｍ_２、にて表す。更に、永久磁石の厚みをＴｍとする。永久磁石の厚みの定義は、基本構造におけるそれと同じである。第４及び後述の第５変形構造において、「空隙の幅」とは、Ｚ軸方向における空隙の長さを指す。空隙の厚みの定義は、基本構造におけるそれと同じである。空隙の厚み及び幅をＴａ及びＬａで表す。

永久磁石３１Ａｄ及び３１Ｂｄによって形成される１極分の永久磁石に着目すると、永久磁石３１Ａｄ及び３１Ｂｄの幅（即ち、Ｚ軸方向における長さ）がそれぞれＬｍ_１及びＬｍ_２であり、永久磁石３１Ａｄ及び３１Ｂｄの各厚み（即ち、Ｙ軸方向における長さ）がＴｍである。そして、空隙３１Ｇｄの幅（即ち、Ｚ軸方向における長さ）がＬａであり、空隙３１Ｇｄの厚み（即ち、Ｙ軸方向における長さ）がＴａである。そうすると、永久磁石３１Ａｄ及び３１Ｂｄの合成磁気抵抗Ｒｍと空隙３１Ｇｄの磁気抵抗Ｒａは、下記式（５ａ）及び（５ｂ）によって表され、磁気抵抗ＲｍとＲａの並列接続抵抗Ｒｄの逆数に近似されるｄ軸方向のパーミアンスＰｄは下記式（６）によって表される。ここで、Ｗは、ｄ軸にもＺ軸にも直交する方向における永久磁石の長さである。例えば、永久磁石３１ＡｄのＸ軸方向における長さがＷと合致する（図１８参照）。また、空隙３１ＧｄのＸ軸方向における長さもＷであるとする。

従って、第４変形構造においては、（Ｌｍ＋Ｌａ）に対する空隙幅Ｌａの比率（即ち、Ｌａ／（Ｌｍ＋Ｌａ））を空隙幅比率として取り扱った上で、基本構造で述べた空隙厚み比率の設定方法を適用すればよい。これは、後述の第５変形構造にも当てはまる。

ところで、上述の基本構造では、ロータ積層鉄心内の空隙を経由する、永久磁石の磁束の漏れ磁気回路（図１１の破線矢印ＬＫ_１に沿った漏れ磁気回路）が、ロータ積層鉄心を形成する鋼板の面方向に形成される。即ち、負のｄ軸電流を電機子巻線に供給した際、内周積層鉄心から空隙、外周積層鉄心及び永久磁石を経由して内周積層鉄心に戻る磁気回路が形成され、永久磁石の磁束の一部が、この磁気回路を通ることにより、電機子巻線の鎖交磁束が減少して弱め界磁制御が実現される。これは、第１〜第３変形構造についても同様である。これに対し、第４変形構造では、永久磁石の磁束の漏れ磁気回路（図２０の破線矢印ＬＫ_２に沿った漏れ磁気回路）が鋼板積層方向に形成される（第５変形構造についても同様）ため、その分、鉄損が大きくなる。故に、鉄損を考慮すると、基本構造及び第１〜第３変形構造を採用する方が好ましい。

尚、特開平８−５１７５１号公報に記載された構造も、第４変形構造と同様、永久磁石の磁束の漏れ磁気回路が鋼板積層方向に形成されるため、その分、鉄損が大きくなる。また、その漏れ磁気回路を形成するエンドリングと永久磁石との間で磁気吸引力が働くため、構造強度上の問題が生じるものと考えられる。

［第５変形構造］
図４に対応する基本構造を図１５に対応する第３変形構造へと変形したように、第４変形構造に係るロータに変形を加えてもよい。図２１を参照して、この変形がなされた第５変形構造を説明する（特に述べない事項は、第４変形構造と述べたものと同様である）。図２１は、第５変形構造に係るロータ２０ｅのＢ−Ｂ’断面図である。尚、ロータ２０ｅの回転軸であるＺ軸に直交し且つロータ２０ｅ内の永久磁石を通る断面にてロータ２０ｅを切った場合におけるロータ２０ｅの断面構造は、第４変形構造に係るロータ２０ｄのそれ（図１７（ａ）参照）と同様である。

図１７（ｂ）に対応する第４変形構造においてロータの中央部に位置していた空隙３１Ｇｄが２つに分割され、分割によって得た２つの空隙３１Ｇｅ_１及び３１Ｇｅ_２が、Ｚ軸方向におけるロータ２０ｅの端部に配置される。ロータ２０ｅ内に設けられる永久磁石３１ｅは、第４変形構造における永久磁石３１Ａｄ及び３１Ｂｄ（図１７（ｂ）参照）をＺ軸方向に平行移動させて結合したものに相当する。

ロータ２０ｅのＢ−Ｂ’断面上において、各永久磁石及び各空隙の断面形状は長方形である。Ｚ軸方向における、永久磁石３１ｅの一端面及び他端面にそれぞれ空隙３１Ｇｅ_１及び３１Ｇｅ_２が配置される。Ｚ軸方向において、永久磁石３１ｅの一端面の一部は空隙３１Ｇｅ_１に接しており、その一端面の残部はロータ積層鉄心２１ｅを形成する磁性材料に接している。Ｚ軸方向において、永久磁石３１ｅの他端面の一部は空隙３１Ｇｅ_２に接しており、その他端面の残部はロータ積層鉄心２１ｅを形成する磁性材料に接している。尚、図２１の断面図では、永久磁石３１ｅと空隙３１Ｇｅ_１が直接接しているが、両者間にロータ２０ｅのロータ積層鉄心２１ｅの一部を介在させても良い（永久磁石３１ｅと空隙３１Ｇｅ_２間についても同様）。

ロータ２０ｅ内に設けられる残りの３極分の永久磁石に対しても同様の変形が成される。即ち例えば、第４変形構造における永久磁石３３Ａｄ及び３３Ｂｄ（図１７（ｂ）参照）をＺ軸方向に平行移動させて結合することにより永久磁石３３ｅを形成し、永久磁石３３ｅをロータ積層鉄心２１ｅ内に埋め込む。一方で、空隙３３Ｇｄを２つに分割し、分割によって得た２つの空隙３３Ｇｅ_１及び３３Ｇｅ_２を、Ｚ軸方向における永久磁石３３ｅの端面に配置する。

永久磁石３１ｅ並びに空隙３１Ｇｅ_１及び３１Ｇｅ_２は、ロータ積層鉄心２１ｅにおける内周積層鉄心と外周積層鉄心との間に配置される。永久磁石３１ｅ並びに空隙３１Ｇｅ_１及び３１Ｇｅ_２の配置位置を、Ｚ軸を中心軸としてＺ軸周りに９０度、１８０度、２７０度だけ回転移動した位置に、残りの３極分の永久磁石及び空隙が配置される。ロータ積層鉄心２１ｅの外周面内であって且つシャフト、永久磁石、空隙及び非磁性体の何れもが存在しない部分には、ロータ積層鉄心２１ｅを形成する磁性材料（鋼板材料）が存在する。

永久磁石３１ｅに着目した場合、永久磁石３１ｅの幅（即ち、永久磁石３１ｅのＺ軸方向における長さ）がＬｍとして、且つ、永久磁石３１ｅの厚み（即ち、永久磁石３１ｅのＹ軸方向における長さ）がＴｍとして取り扱われる。更に、空隙３１Ｇｅ_１又は３１Ｇｅ_２のＹ軸方向における長さがＴａとして取り扱われ、空隙３１Ｇｅ_１のＺ軸方向における長さと空隙３１Ｇｅ_２のＺ軸方向における長さの合計長さがＬａとして取り扱わる。その上で、基本構造で述べた空隙厚み比率の設定方法が第５変形構造にも適用される。

［第６変形構造］
第６変形構造を説明する。一般的な弱め界磁制御は、負のｄ軸電流を電機子巻線に流すことによって達成されるが、第６変形構造に係るモータ１では、ロータの外側に設けられた界磁巻線から界磁磁束を注入することによって弱め界磁制御を実現可能である。

第６変形構造におけるロータをロータ２０ｆと呼ぶ。図２２に、説明の理解の容易化を図るため、第６変形構造におけるモータ１の構成要素名称を列記する。図２２に示す全名称の意義は、後述の説明から明らかとなる。まず、ロータ２０ｆの構造を詳細に説明する。

ロータ２０ｆの回転軸をＺ軸とする。図２３（ａ）及び（ｂ）の夫々は、ロータ２０ｆの回転軸方向から見たロータ２０ｆの外観平面図である。実際には、ロータ２０ｆには突出部が設けられており、該突出部が図２３（ａ）及び（ｂ）の外観平面図上にも現れるはずであるが、図２３（ａ）及び（ｂ）では該突出部の図示を割愛している（突出部の詳細は後述される）。

ロータ２０ｆに設けられた、Ｚ軸を中心軸として有する円柱状のシャフト２２の中心に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする直交座標系の原点Ｏが存在するものとする。ロータ２０ｆの断面構造を説明するために、図２３（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面（以下、Ｃ−Ｃ’断面という）を想定する。Ｃ−Ｃ’線は、Ｙ軸上の正の点及びＸ軸上の正の点を夫々始点及び終点とし且つＺ軸上にて折れ曲がる折れ線である。また、図２３（ｂ）の破線５１１に沿った断面、即ちＹ軸に沿った断面（以下、Ｙ断面という）、及び、図２３（ｂ）の破線５１２に沿った断面、即ちＸ軸に沿った断面（以下、Ｘ断面という）を想定する。尚、Ｙ断面は、図１６（ｂ）を参照して上述したＢ−Ｂ’断面と等価なものである。

図２４（ａ）は、Ｚ軸に直交する断面であって且つ後述の突出部を横切らない断面に沿ったロータ２０ｆの断面図である。Ｚ軸に直交する断面が後述の突出部を横切らない場合、断面位置の、Ｚ軸方向における変化に対し、ロータ２０ｆの断面構造は不変である。図２４（ａ）に示されるロータの断面構造は、第４変形構造において示した図１７（ａ）のそれと同様であり、特に述べない事項に関しては第４変形構造に係るロータ２０ｄのＡ_２−Ａ_２’断面の説明がロータ２０ｆに適用される。この適用の際、第４変形構造における符号２０ｄ、２１ｄ、３１Ａｄ、３２Ａｄ、３３Ａｄ及び３４Ａｄを、夫々、符号２０ｆ、２１ｆ、３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ及び３４ｆに置き換えて考えればよい。

ロータ２０ｆは、基本構造のロータ積層鉄心２１と同様にして形成されるロータ積層鉄心２１ｆと、Ｚ軸を中心軸として有する円柱状のシャフト２２と、永久磁石３１ｆ〜３４ｆと、非磁性体２５〜２８とを有する。ロータ積層鉄心２１ｆには、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴が設けられている。シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴に、夫々、シャフト２２、永久磁石３１ｆ〜３４ｆ及び非磁性体２５〜２８が挿入されて互いに結合される。

ロータ積層鉄心２１ｆは、永久磁石の内周側に位置する内周積層鉄心と、永久磁石の外周側に位置する外周積層鉄心と、ブリッジ部と、に大別される。内周積層鉄心は、ロータ積層鉄心２１ｆの内の、永久磁石３１ｆ〜３４ｆよりも原点Ｏ（Ｚ軸）側に位置する部分を指し、外周積層鉄心は、ロータ積層鉄心２１ｆの内の、永久磁石３１ｆ〜３４ｆよりもロータ積層鉄心２１ｆの外周円ＯＣ側に位置する部分を指す。

図２４（ｂ）において、符号１００が付された斜線領域が内周積層鉄心に相当し、符号１１１〜１１４が付された斜線領域の全体が外周積層鉄心に相当し、ロータ積層鉄心２１ｆの全体から内周積層鉄心及び外周積層鉄心を除いた残部領域がブリッジ部に相当する。符号１１１〜１１４が付された斜線領域の夫々は、外周積層鉄心の構成要素であり、それらを外周鉄心本体と呼ぶ（図２２も参照）。

ＸＹ座標面上において、外周鉄心本体１１１は、永久磁石３１ｆに隣接し且つ永久磁石３１ｆよりもＹ軸の正方向側に位置し、外周鉄心本体１１２は、永久磁石３２ｆに隣接し且つ永久磁石３２ｆよりもＸ軸の正方向側に位置し、外周鉄心本体１１３は、永久磁石３３ｆに隣接し且つ永久磁石３３ｆよりもＹ軸の負方向側に位置し、外周鉄心本体１１４は、永久磁石３４ｆに隣接し且つ永久磁石３４ｆよりもＸ軸の負方向側に位置する。

上述のようなロータ積層鉄心２１ｆ、シャフト２２、永久磁石３１ｆ〜３４ｆ及び非磁性体部２５〜２８を結合して成る部材に対して、更に突出部を結合することによりロータ２０ｆが形成される。

図２５は、ステータ１０の断面とロータ２０ｆ及び界磁巻線部のＣ−Ｃ’断面とを合成した図である。但し、図２５並びに後述の図２８、図２９及び図３３におけるステータ１０の断面は、ステータ１０に含まれる６つのティース１３の内の、第１のティース１３（図２５においてティース１３_Ａ）の中心、原点Ｏ及び第２のティース１３（図２５においてティース１３_Ｂ）の中心を通る線５２１（図２６参照）に沿ったステータ１０の断面である。図２５の左右方向はＺ軸方向と合致し、図２５の右側がＺ軸の正側に対応する（後述の図２８、図２９及び図３３においても同様）。

ロータ２０ｆのＣ−Ｃ’断面において、永久磁石３１ｆとシャフト２２間には内周積層鉄心１００の一部が存在するが、それを、内周鉄心本体１０１と呼ぶ。同様に、永久磁石３２ｆとシャフト２２間には内周積層鉄心１００の他の一部が存在するが、それを内周鉄心本体１０２と呼ぶ。

図２５の断面図上には（図２２、図２４（ａ）及び（ｂ）も参照）、永久磁石３１ｆ及び３２ｆと、外周積層鉄心の一部である外周鉄心本体１１１及び１１２と、内周鉄心本体１０１及び１０２と、ティース１３_Ａと外周鉄心本体１１１との間の空隙ＡＧ_１及びティース１３_Ｂと外周鉄心本体１１２との間の空隙ＡＧ_２とが示されていると共に、ロータ積層鉄心２１ｆに接合された突出部１４１ａ、１４２ａ、１５２ａ、１５１ｂ、１４１ｂ及び１４２ｂと、界磁巻線ヨークＦＹ及び界磁巻線ＦＷから成る界磁巻線部とが示されている。界磁巻線部は、ロータ２０ｆの右側（Ｚ軸方向における正側）に固定して配置される。

図２５に示す如く、ステータ１０の断面とロータ２０ｆのＣ−Ｃ’断面を合成した図では、ティース１３_Ａから見て、ティース１３_Ａとティース１３_Ｂとの間に、空隙ＡＧ_１、外周鉄心本体１１１、永久磁石３１ｆ、内周鉄心本体１０１、シャフト２２、内周鉄心本体１０２、永久磁石３２ｆ、外周鉄心本体１１２及び空隙ＡＧ_２がこの順番で配置される。尚、永久磁石（永久磁石３１ｆなど）内に示された矢印は、永久磁石内における磁束の向きを表している（後述の図２８等においても同様）。各突出部は、鉄などの磁性材料の粉末を圧縮成型した圧粉磁性材料から成る（但し、それらを鋼板によって形成するようにしてもよい）。

図２７（ａ）に、Ｚ軸の正側から見た、ロータ２０ｆの外観平面図を示す。図２７（ａ）において、斜線が付された部分が、ロータ積層鉄心２１ｆの端面からＺ軸の正側に突出している部分であり、符号１４１ａａ、１４２ａａ及び１５２ａａが付された破線領域内に、夫々、突出部１４１ａ、１４２ａ及び１５２ａが位置する。図２７（ｂ）に、Ｚ軸の負側から見た、ロータ２０の外観平面図を示す。図２７（ｂ）において、斜線が付された部分が、ロータ積層鉄心２１ｆの端面からＺ軸の負側に突出している部分であり、符号１５１ｂｂ、１４１ｂｂ及び１４２ｂｂが付された破線領域内に、夫々、突出部１５１ｂ、１４１ｂ及び１４２ｂが位置する。また、突出部１４１ｂは、永久磁石３１ｆの、Ｚ軸の負側における端面の一部を覆っており、Ｚ軸の直交方向であるＹ軸方向において、突出部１４１ｂと突出部１５１ｂとの間には空隙１４１ｂ_ＡＧが存在する。Ｚ軸の負側から見た場合において、空隙１４１ｂ_ＡＧが位置する部分は突出しておらず、その部分に、突出部を形成する圧粉磁性材料は存在しない。

突出部１４１ａ及び１４１ｂの夫々は、ロータ２０ｆの内周鉄心本体１０１の、回転軸方向における端面から、回転軸方向に突出するように内周鉄心本体１０１に接合される。但し、突出部１４１ａは、Ｚ軸の正側における内周鉄心本体１０１の端面からＺ軸の正の方向側に突出しており、突出部１４１ｂは、Ｚ軸の負側における内周鉄心本体１０１の端面からＺ軸の負の方向側に突出している。
突出部１４２ａ及び１４２ｂの夫々は、ロータ２０ｆの内周鉄心本体１０２の、回転軸方向における端面から、回転軸方向に突出するように内周鉄心本体１０２に接合される。但し、突出部１４２ａは、Ｚ軸の正側における内周鉄心本体１０２の端面からＺ軸の正の方向側に突出しており、突出部１４２ｂは、Ｚ軸の負側における内周鉄心本体１０２の端面からＺ軸の負の方向側に突出している。
突出部１５１ｂは、ロータ２０ｆの外周鉄心本体１１１の、回転軸方向における端面から、回転軸方向に突出するように外周鉄心本体１１１に接合される。但し、突出部１５１ｂは、Ｚ軸の負側における外周鉄心本体１１１の端面からＺ軸の負の方向側に突出している。
突出部１５２ａは、ロータ２０ｆの外周鉄心本体１１２の、回転軸方向における端面から、回転軸方向に突出するように外周鉄心本体１１２に接合される。但し、突出部１５２ａは、Ｚ軸の正側における外周鉄心本体１１２の端面からＺ軸の正の方向側に突出している。

尚、突出部１４２ａ及び１５２ａが形成されたことに伴い、Ｚ軸の正側における永久磁石３２ｆの端面が突出部１４２ａ及び１５２ａの端面に合うように、永久磁石３２ｆもＺ軸の正側に突出させるようにしてもよい。

また、図２８に、ステータ１０の断面とロータ２０ｆ及び界磁巻線部のＹ断面（図２３（ｂ）の破線５１１に沿った断面）とを合成した図を示し、図２９に、ステータ１０の断面とロータ２０ｆ及び界磁巻線部のＸ断面（図２３（ｂ）の破線５１２に沿った断面）とを合成した図を示す。図２８の上方はＹ軸の正側に対応し、図２８の下方はＹ軸の負側に対応する。図２９の上方はＸ軸の負側に対応し、図２８の下方はＸ軸の正側に対応する。図２７（ａ）及び（ｂ）からも分かるように、ＸＹ座標面上において、ロータ２０ｆはＸ軸を対称軸とする線対称の構造を有すると共にＹ軸を対称軸とする線対称の構造を有する。このため、図２８の断面図上においては、Ｙ軸の正側に位置する空隙１４１ｂ_ＡＧに加えて、空隙１４１ｂ_ＡＧに対応する、Ｙ軸の負側の空隙１４１ｂ_ＡＧ’も観測される（図２７（ｂ）も参照）。

図３０（ａ）に、界磁巻線ヨークＦＹの外観斜視図を示す。図３０（ｂ）に、界磁巻線ヨークＦＹの分解図を示す。図３１に、Ｚ軸方向が図面の左右方向に合致するような視点から見た、界磁巻線ヨークＦＹの外観図を示す。図３２に、Ｚ軸の負側から見た界磁巻線ヨークＦＹの、ＸＹ座標面上への投影図を示す。

界磁巻線ヨークＦＹは、Ｚ軸上に円心を有する円柱状の磁性材料に、シャフト２２を通すための、Ｚ軸方向に伸びる穴部１３５と、界磁巻線ＦＷを配置するためのスロット（窪み）１３２と、を設けたものである。分解して考えると、界磁巻線ヨークＦＹは、円筒形状を有する底面ヨーク部１３０の上に、夫々が円筒形状を有する内周ヨーク部１３１及び外周ヨーク部１３３を、それらの円心が全てＺ軸上にのるように接合したもの、と捉えることができる。外周ヨーク部１３３における内周側の円の半径は内周ヨーク部１３１における外周側の円の半径よりも大きい。Ｚ軸方向から見た場合において、外周ヨーク部１３３は内周ヨーク部１３１の外側に位置し、スロット１３２は外周ヨーク部１３３と内周ヨーク部１３１との間に位置している。界磁巻線ＦＷは、内周ヨーク部１３１の外周に沿ってＺ軸周りに巻かれる。また、内周ヨーク部１３１及び外周ヨーク部１３３の端面（底面ヨーク部１３０の反対側に位置する端面）は、Ｚ軸に直交する同一平面上にのる。

界磁巻線ヨークＦＹは、鉄などの磁性材料の粉末を圧縮成型した圧粉磁性材料から成る（但し、それらを鋼板によって形成するようにしてもよい）。

図２５を再び参照しつつ、上記のように構成された界磁巻線部の配置位置を詳細に説明する。Ｚ軸方向から見た場合において、界磁巻線ヨークＦＹの外周の半径（換言すれば、外周ヨーク部１３３における外周側の円の半径）は、ロータ２０の外周の半径と一致或いは略一致している。

そして、界磁巻線ヨークＦＹの内周ヨーク部１３１と突出部１４１ａ及び１４２ａとが対向し、且つ、界磁巻線ヨークＦＹの外周ヨーク部１３３と突出部１５２ａとが対向するように、界磁巻線ヨークＦＹを配置する。突出部１４１ａ及び１４２ａの端面と内周ヨーク部１３１の端面は微小な空隙を介して面し、且つ、突出部１５２ａの端面と外周ヨーク部１３３の端面は微小な空隙を介して面する。

次に、図３３を参照して、界磁巻線ＦＷに電流を流した時における磁束の様子を説明する。図３３の矢印付き折れ線５３０は、界磁巻線ＦＷに電流を流すことによって発生した磁束の磁路及び該磁束の向きを表している。但し、矢印付き折れ線５３０における向きは、永久磁石による界磁磁束を弱める方向の電流を界磁巻線ＦＷに流した場合における向きである。

以下、永久磁石３１ｆ〜３４ｆから得られる界磁磁束を主界磁磁束（第１界磁磁束）と呼び、界磁巻線ＦＷに電流を流すことによって発生した磁束を副界磁磁束（第２界磁磁束）と呼ぶ。また、界磁巻線ＦＷ（及び後述の界磁巻線ＦＷ’）に供給される電流を界磁電流と呼ぶこともある。

図３３において、Ｚ軸近傍の破線５３３内に位置する、矢印付き折れ線５３０の一部は、副界磁磁束が界磁巻線ヨークＦＹの底面ヨーク部１３０を円周方向に沿って通る様子を示しており、Ｚ軸近傍の破線５３４内に位置する、矢印付き折れ線５３０の一部は、副界磁磁束が突出部１４２ｂ及び１４１ｂ間における磁性材料中をシャフト２２の円周方向に沿って通る様子を示している。また、矢印付き折れ線５３０の両端５３１及び５３２は、ティース１３_Ｂ及び１３_Ａを含むステータ積層鉄心１１により、極めて微小な磁気抵抗で接続される。

永久磁石の比透磁率は１に近い値（例えば、１．１）を有する一方で、ステータ積層鉄心、界磁巻線ヨーク、ロータ積層鉄心及びロータ積層鉄心に接合される突出部の比透磁率は十分に大きな値（例えば、数百〜数万）を有する。このため、副界磁磁束の磁路は、以下に示す、第１磁路及び第２磁路を、磁束の主経路として有する。第２磁路は、第１磁路の一部の分岐路に相当する。

界磁巻線ヨークＦＹの底面ヨーク部１３０を起点にして考える。第１磁路は、破線５３４に対応する部分を含む磁路である。具体的には、第１磁路は、底面ヨーク部１３０を起点として、内周ヨーク部１３１の内の、突出部１４２ａに面している部分と、突出部１４２ａと、内周鉄心本体１０２と、突出部１４２ｂと、突出部１４１ｂと、空隙１４１ｂ_ＡＧと、突出部１５１ｂと、外周鉄心本体１１１と、空隙ＡＧ_１と、ティース１３_Ｂ及び１３_Ａを含むステータ積層鉄心１１と、空隙ＡＧ_２と、外周鉄心本体１１２と、突出部１５２ａと、外周ヨーク部１３３の内の、突出部１５２ａに面している部分と、を通じて底面ヨーク部１３０に至る磁路である。

第２磁路は、破線５３３に対応する部分を含む磁路である。具体的には、第２磁路は、底面ヨーク部１３０と、内周ヨーク部１３１の内の、突出部１４１ａに面している部分と、突出部１４１ａと、内周鉄心本体１０１と、突出部１４１ｂと、を結ぶ経路を経由する磁路であり、突出部１４１ｂにおいて、第１及び第２磁路は合流する。

内周鉄心本体１０１及び１０２を含む内周積層鉄心１００と内周積層鉄心１００に接合される突出部（１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ及び１４２ｂを含む）は、全体として「ロータ内周鉄心」を形成し、外周鉄心本体１１１及び１１２を含む外周積層鉄心と外周積層鉄心に接合される突出部（１５１ｂ及び１５２ａを含む）は、全体として「ロータ外周鉄心」を形成する。そして、上記のような副界磁磁束の磁路が形成されるように、ロータ内周鉄心及びロータ外周鉄心並びに界磁巻線部を形成及び配置する。これにより、副界磁磁束の発生時には、永久磁石による主界磁磁束と界磁巻線による副界磁磁束の合成磁束が、ステータ１０の電機子巻線の鎖交磁束となる。

尚、基本構造等に関して上述した事項を第６変形構造に適用する場合は、適宜、内周積層鉄心及び外周積層鉄心という用語をロータ内周鉄心及びロータ外周鉄心という用語に置き換えて考えればよい（第２実施形態における第８変形構造についても同様）。基本構造においては、ロータ内周鉄心が内周積層鉄心のみから形成されていると共にロータ外周鉄心が外周積層鉄心のみから形成されている（第１変形構造等においても同様）。

上記の如くモータを構成すれば、ロータの端部外側に設けられた界磁巻線に界磁電流を供給することによって弱め界磁制御を実現可能である。この際、界磁巻線による磁界は永久磁石自体に直接加わらないため、永久磁石の減磁の惧れがない。また、弱め界磁制御を実現するに当たり、電機子巻線に負のｄ軸電流を流す必要がないため、ｄ軸電流による電機子巻線の発熱増加が解消される（発熱箇所が分散される）。また、ｄ軸電流が必要な場合は、その分だけｑ軸電流（トルクに関与する電流成分）を減少させる必要が生じるが、第６変形構造によればｑ軸電流を減少させる必要性がなくなるため、高速回転時における発生トルクの低下も抑制される。

加えて、ロータ内周鉄心とロータ外周鉄心を結ぶ磁気回路を形成する界磁巻線ヨークをロータ端部外側に配置する構成であるため、ロータ端部外側のスペースを利用するだけで済み、モータの小型化が図られる。更に、副界磁磁束の磁気回路にバックヨーク（ステータ巻線よりも外側に位置し、モータフレームの一部を形成するヨーク）が含まれないため、副界磁磁束がモータフレームの周辺部材を経由して漏れる惧れもない。

尚、上述の説明から明らかであるが、外周鉄心本体１１１の界磁巻線ヨークＦＹ側には、突出部を設けない（図３３参照）。仮に、外周鉄心本体１１１の界磁巻線ヨークＦＹ側にも突出部を設けたならば、図３３の断面図上のティース１３_Ａ及びシャフト２２間に位置するロータ鉄心部分と界磁巻線ヨークＦＹとで閉磁路が形成されてしまい、副界磁磁束がステータ１０の電機子巻線を鎖交しなくなるからである。このような事態の発生を避けるべく、外周鉄心本体１１１と外周ヨーク部１３３との間の空隙長を十分に大きくとる。例えば、その空隙長をステータ−ロータ間の空隙長（即ち、空隙ＡＧ_１及びＡＧ_２の長さ）の５倍〜数１０倍とする。

図２５及び図２８にも見られるように、ロータ２０ｆのＣ−Ｃ’断面及びＹ断面上において、永久磁石の断面形状及び突出部間の空隙（１４１ｂ_ＡＧ及び１４１ｂ_ＡＧ’）の断面形状は長方形である。第６変形構造においては、第４及び第５変形構造を同様、Ｚ軸方向における長さを幅方向と捉える。従って、第４及び第５変形構造を同様、１極分の永久磁石の幅（即ち、Ｚ軸方向における永久磁石３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ又は３４ｆの長さ）が幅Ｌｍとして捉えられると共に、１極分の永久磁石の厚み（即ち、両極間方向における永久磁石３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ又は３４ｆの長さ）が厚みＴｍとして捉えられる。第６変形構造において、空隙の幅Ｌａは、Ｚ軸方向における空隙１４１ｂ_ＡＧ（又は１４１ｂ_ＡＧ’）の長さを指す。第６変形構造において、空隙の厚みＴａは、ｄ軸方向における空隙１４１ｂ_ＡＧ（又は１４１ｂ_ＡＧ’）の長さを指し、それは、Ｙ軸方向における空隙１４１ｂ_ＡＧ（又は１４１ｂ_ＡＧ’）の長さに等しい（図２７（ｂ）も参照）。

第６変形構造においても、第４及び第５変形構造を同様、（Ｌｍ＋Ｌａ）に対する空隙幅Ｌａの比率（即ち、Ｌａ／（Ｌｍ＋Ｌａ））を空隙幅比率として取り扱った上で、基本構造で述べた空隙厚み比率の設定方法を適用すればよい。

＜＜第２実施形態＞＞
第１実施形態ではインナーロータ型のモータの構造を説明したが、第１実施形態で述べた技術的内容をアウターロータ型のモータに適用することもできる。アウターロータ型のモータであるモータ２０１の構造を第２実施形態として説明する。

図３４は、ロータの回転軸方向から見た、モータ２０１の全体構造を示す概略図である。モータ２０１は、永久磁石を鉄心内に埋め込んで形成されたロータ２２０と、ロータ２２０の内側に固定配置されるステータ２１０と、を有する永久磁石同期モータであり、特に埋込磁石同期モータと呼ばれる。ロータ２２０は、ステータ２１０の外側に配置されるため、ロータ２２０はアウターロータである。尚、図３４では、図示の便宜上、ステータ２１０及びロータ２２０の部材が存在する部分に模様を付している。

ステータ２１０は、磁性材料（強磁性体）である鋼板（ケイ素鋼板など）をロータ２２０の回転軸方向に複数枚積層することによって形成されたステータ積層鉄心２１１を有し、ステータ積層鉄心２１１には、６つのスロット２１２と外周方向に突出した６つのティース（歯）２１３が交互に形成されている。そして、コイルを配置するためのスロット２１２を利用して、各ティース２１３の周りにコイル（図３４において不図示）を巻くことによってステータ２１０の電機子巻線が形成される。つまり、ステータ２１０は、所謂６コイル集中巻ステータである。尚、スロット数、ティース数及びコイル数は６以外であってもよい。また、ロータ２２０の回転軸方向に沿った、ステータ積層鉄心２１１の中央部には穴が開いている。

第２実施形態では、ロータ２２０の回転軸をＺ軸とする。図３５（ａ）は、Ｚ軸の直交面に沿ったロータ２２０の断面図である。ロータ２２０には複数の永久磁石が埋め込まれているが、断面位置によっては、断面がそれらの永久磁石を横切らない。図３５（ａ）は、それらの永久磁石を横切る断面にてロータ２２０を切って得た断面図であるとする。今、図３５（ａ）の断面図上の中心に原点Ｏが存在するものとし、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から成る実空間上の直交座標系を定義する。Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸に直交すると共にＹ軸はＸ軸及びＺ軸に直交し、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は原点Ｏにて交差する。原点Ｏを境界にして、任意の点のＸ軸座標値の極性は正と負に分類され、且つ、任意の点のＹ軸座標値の極性は正と負に分類される。図３５（ａ）及び後述の図３５（ｂ）の断面図において、右側及び左側が夫々Ｘ軸の正側及び負側に対応し、上側及び下側が夫々Ｙ軸の正側及び負側に対応する。

ロータ２２０は、所定形状を有する磁性材料の鋼板（ケイ素鋼板など）を絶縁膜を介して複数枚Ｚ軸方向に積層することによって形成されたロータ積層鉄心と、４つの永久磁石２３１〜２３４と、を有し、それらを互いに結合することによって形成される。永久磁石２３１〜２３４は、Ｚ軸上に円心を持つ１つの円筒形状の永久磁石を、Ｚ軸に平行な切断面に沿って４等分したものに相当する。永久磁石２３１〜２３４の形状及び大きさは同じである。原点Ｏから見て、永久磁石２３１〜２３４の中心は、夫々、Ｙ軸の正側、Ｘ軸の正側、Ｙ軸の負側及びＸ軸の負側に位置する。原点Ｏと永久磁石の中心との間の距離は、永久磁石２３１〜２３４間で同じである。永久磁石２３１のＮ極の方が永久磁石２３１のＳ極よりも原点Ｏに近く、永久磁石２３２のＳ極の方が永久磁石２３２のＮ極よりも原点Ｏに近く、永久磁石２３３のＮ極の方が永久磁石２３３のＳ極よりも原点Ｏに近く、永久磁石２３４のＳ極の方が永久磁石２３４のＮ極よりも原点Ｏに近い。

ロータ積層鉄心は、内周積層鉄心２４０及び外周積層鉄心２５０と、両者を結合するブリッジ部（不図示）から形成される。内周積層鉄心２４０は、永久磁石２３１〜２３４の内周側に位置し（永久磁石２３１〜２３４の原点Ｏ側に位置し）、外周積層鉄心２５０は、永久磁石２３１〜２３４の外周側に位置する。外周積層鉄心２５０及び内周積層鉄心２４０は、共に、Ｚ軸上に円心を有する円筒形状の部材である。内周積層鉄心２４０は径方向に厚みを有する円筒形状の部材であるため、内周積層鉄心２４０の半径には内周円半径と外周円半径が存在する。外周積層鉄心２５０についても同様である。外周積層鉄心２５０の内周円の半径は内周積層鉄心２４０の外周円の半径よりも大きく、両者間に永久磁石２３１〜２３４が挟まれて結合され、ロータ積層鉄心と永久磁石２３１〜２３４が一体となってＺ軸周りを回転する。図３５（ａ）及び後述の図３５（ｂ）において、内周積層鉄心２４０内に示された４つの四角形は、隣接する永久磁石間近傍に位置する、内周積層鉄心２４０内に設けられた非磁性体を表す。

内周積層鉄心２４０と外周積層鉄心２５０との間には、図３５（ａ）の断面図上には現れない、Ｚ軸上に円心を有する円筒形状の空隙が設けられている。図３５（ｂ）に、その空隙を横切る、Ｚ軸の直交面に沿ったロータ２２０の断面図を示す。図３５（ｂ）において、符号２６０が付された白領域が空隙の配置位置を表している。尚、空隙２６０の配置位置及び形状は、後述の図３６を併せて参照することにより明確化される。

空隙２６０は径方向に厚みを有する円筒形状の空隙であるため、空隙２６０の半径には内周円半径と外周円半径が存在する。ＸＹ座標面上において、空隙２６０の内周円は内周積層鉄心２４０の外周円に合致し、空隙２６０の外周円の半径は外周積層鉄心２５０の内周円の半径よりも小さい。但し、空隙２６０の内周円と内周積層鉄心２４０の外周円との合致は必須ではない。

内周積層鉄心２４０の内周面と外周積層鉄心２５０の外周面との間であって且つ永久磁石及び空隙の何れもが配置されない部分には、ロータ積層鉄心を形成する磁性材料（鋼板材料）が存在する。

図３６は、Ｙ軸に沿った断面にてロータ２２０及びステータ２１０を切った時に得られる、ロータ２２０及びステータ２１０の断面図である。図示しないが、Ｘ軸に沿った断面にてロータ２２０及びステータ２１０を切った時に得られる、それらの断面図も、図３６と同様となる。

図３６に示す断面図上において、永久磁石２３１に隣接する部分に空隙２６０の一断面である空隙２６１が現れ、永久磁石２３３に隣接する部分に空隙２６０の一断面である空隙２６３が現れる。図３６に示す断面図上に現れる、永久磁石２３１及び２３３並びに空隙２６１及び２６３の外形は長方形である。図３６に示す断面図上において、永久磁石２３１の外形である長方形の一辺２８１はロータ２２０の一端面上に位置し、空隙２６１の外形である長方形の一辺２８２はロータ２２０の他端面上に位置する（ここにおけるロータ２２０の端面とは、ロータ２２０の、Ｚ軸方向における端面である）。また、図３６に示す断面図上において、永久磁石２３１の外形である長方形の四辺の内の、辺２８１の反対側に位置する辺の一部が、空隙２６１の外形である長方形の四辺の内の、辺２８２の反対側に位置する辺と合致する。辺２８１に隣接する、永久磁石２３１の残りの２辺はＺ軸に平行であり、辺２８２に隣接する、空隙２６１の残りの２辺はＺ軸に平行である。

ＸＹ座標面上において、ロータ２２０はＸ軸を対称軸とする線対称の構造を有すると共にＹ軸を対称軸とする線対称の構造を有する。

このように、Ｚ軸方向から見た永久磁石２３１は円弧状の外形を有しているが（図３５（ａ）参照）、Ｚ軸方向から見た永久磁石２３１の一端面の一部は空隙２６０に接し且つその一端面の残部はロータ積層鉄心を形成する磁性材料に接している（図３５（ｂ）及び図３６参照）。同様に、Ｚ軸方向から見た永久磁石２３２〜２３４の各一端面の一部は空隙２６０に接し且つそれらの一端面の残部はロータ積層鉄心を形成する磁性材料に接している。尚、図３６の断面図では、永久磁石と空隙が直接接しているが、両者間にロータ２２０のロータ積層鉄心の一部を介在させても良い。

ロータ２２０では、永久磁石２３１〜２３４の夫々が、単体で１極分の永久磁石を形成する。各永久磁石の磁束の向きはＺ軸に直交する。

第１実施形態と同様、第２実施形態でも、永久磁石の厚みを永久磁石の両極間方向における長さと捉える。一方において、永久磁石の幅をＺ軸方向における永久磁石の長さと捉える。永久磁石の厚み及び幅を夫々Ｔｍ’及びＬｍ’にて表す。また、第１実施形態と同様、着目した１極分の永久磁石が作る磁束の方向にｄ軸をとる。そして、その１極分の永久磁石に対して設けられた空隙の、ｄ軸方向における長さを「空隙の厚み」と定義し、それをＴａ’にて表す。更に、Ｚ軸方向における空隙の長さを「空隙の幅」と呼び、それをＬａ’にて表す。

具体的には、Ｔｍ’は、Ｚ軸に直交する方向における永久磁石２３１の厚みであり、Ｌｍ’は、Ｚ軸方向における永久磁石２３１の長さである。Ｔａ’は、Ｚ軸に直交する方向における空隙２６０の厚みであり、Ｌａ’は、Ｚ軸方向における空隙２６０の長さである。

更に、ＸＹ座標面上における空隙２６０の外周円の円周長の１／４をＷ’とおく。そうすると、上記式（５ａ）、（５ｂ）及び（６）におけるＴｍ、Ｌｍ、Ｔａ、Ｌａ及びＷを夫々Ｔｍ’、Ｌｍ’、Ｔａ’、Ｌａ’及びＷ’に置き換えた磁気回路に関する式が成立する。このため、（Ｌｍ’＋Ｌａ’）に対する空隙幅Ｌａ’の比率（即ち、Ｌａ’／（Ｌｍ’＋Ｌａ’））を空隙幅比率として、且つ、Ｔｍ’に対する空隙厚みＴａ’の比率（即ち、Ｔａ’／Ｔｍ’）を空隙厚み比率として取り扱った上で、第１実施形態の基本構造の説明で述べた空隙厚み比率の設定方法を適用すればよい。即ち、「Ｔａ’≦０．５×Ｔｍ’」が成立するような空隙を内周積層鉄心−外周積層鉄心間に配置すると共に、空隙幅比率に応じて空隙厚み比率の下限を設定すればよい。

［第７変形構造］
尚、上述のモータ構造では、内周積層鉄心−外周積層鉄心間の空隙をＺ軸方向におけるロータ端部に配置しているが、その空隙をＺ軸方向に平行移動させてもよい。このような変形を施したモータの変形構造を第７変形構造と呼ぶ。第７変形構造を説明する（特に述べない事項は、上述した事項が適用される）。この平行移動に伴い、永久磁石２３１、２３２、２３３、２３４は、夫々、永久磁石２３１Ａ及び２３１Ｂ、永久磁石２３２Ａ及び２３２Ｂ、永久磁石２３３Ａ及び２３３Ｂ、永久磁石２３４Ａ及び２３４Ｂに分割される（永久磁石２３２Ａ、２３２Ｂ、２３４Ａ及び２３４Ｂは下記図３７において不図示）。第７変形構造に係るロータをロータ２２０ａと呼ぶ。

図３７は、Ｙ軸に沿った断面にてロータ２２０ａ及びステータ２１０を切った時に得られる、ロータ２２０ａ及びステータ２１０の断面図である。ロータ２２０ａの内周積層鉄心２４０ａと外周積層鉄心２５０ａとの間に、Ｚ軸上に円心を有する円筒形状の空隙２９０が配置されることになり、且つ、その空隙２９０は、Ｚ軸方向において複数の永久磁石間に挟まれることになる（空隙２９０の全体像は不図示）。図３７に示す断面図上において、符号２９１が付された破線矩形は永久磁石２３１Ａ及び２３１Ｂに挟まれる空隙２９０の一断面を表し、符号２９３が付された破線矩形は永久磁石２３３Ａ及び２３３Ｂに挟まれる空隙２９０の一断面を表す。

第７変形構造では、Ｌｍ’は１極分の永久磁石のトータル幅として取り扱われる。即ち、Ｌｍ’は永久磁石２３１Ａ及び２３１ＢのＺ軸方向における幅の合計値として取り扱われる。Ｔｍ’は、Ｚ軸に直交する方向における永久磁石２３１Ａ又は２３１Ｂの厚みである。Ｔａ’は、Ｚ軸に直交する方向における空隙２９０の厚みであり、Ｌａ’は、Ｚ軸方向における空隙２９０の長さである。

図３８を参照してロータ２２０ａの構造を補足説明する。図３８は、Ｚ軸が図面の左右
方向に合致する方向から見た、図３６に対応するロータ２２０の外観平面図である。ロータ２２０の回転軸に直交する２つの断面としてＣ_１−Ｃ_１’断面及びＣ_２−Ｃ_２’断面を想定する。Ｃ_１−Ｃ_１’断面は、ロータ２２０内に設けられた４つの永久磁石２３１〜２３４の夫々を２等分する断面であり、Ｃ_２−Ｃ_２’断面は、ロータ２２０内の永久磁石２３１〜２３４と空隙２６０との境界面を通る断面である。ロータ２２０をＣ_１−Ｃ_１’断面とＣ_２−Ｃ_２’断面に沿って切ることにより、ロータ２２０を、永久磁石部分を含む第１及び第２構成要素と永久磁石部分を含まない第３構成要素とに分割し、第３構成要素を、第１及び第２構成要素との間に挟むことによって、新たなロータを生成する。この新たに生成されたロータの構造がロータ２２０ａの構造に相当する。Ｃ_１−Ｃ_１’断面に沿って永久磁石２３１、２３２、２３３、２３４を２等分したものが、夫々、永久磁石２３１Ａ及び２３１Ｂ、永久磁石２３２Ａ及び２３２Ｂ、永久磁石２３３Ａ及び２３３Ｂ、永久磁石２３４Ａ及び２３４Ｂである。

［第８変形構造］
また、アウターロータ型のモータにおいても、第１実施形態に係る第６変形構造と同様、モータに界磁巻線部を設けると共に、ロータ内周鉄心−ロータ外周鉄心間の空隙をロータ積層鉄心に接合された突出部間に設けるようにしてもよい。このような変形を施したモータ２０１の変形構造を第８変形構造と呼ぶ。第８変形構造を説明する（特に述べない事項は、上述した事項が適用される）。

第８変形構造におけるロータをロータ２２０ｂと呼ぶ。図３９に、説明の理解の容易化を図るため、第８変形構造におけるモータ２０１の構成要素名称を列記する。図３９に示す全名称の意義は、後述の説明から明らかとなる。

ロータ２２０ｂの回転軸をＺ軸とする。図４０は、後述の突出部を横切らない断面であって且つＺ軸を直交する断面に沿った、ロータ２２０ｂの断面図である。ロータ２２０ｂは、所定形状を有する磁性材料の鋼板（ケイ素鋼板など）を絶縁膜を介して複数枚Ｚ軸方向に積層することによって形成されたロータ積層鉄心と、４つの永久磁石２３１ｂ〜２３４ｂと、を有し、それらを互いに結合することによって形成される。ロータ２２０ｂにおけるロータ積層鉄心は、内周積層鉄心２４０ｂ及び外周積層鉄心２５０ｂと両者を結合するブリッジ部（不図示）とから形成される。

図３５（ａ）における符号２２０、２３１〜２３４、２４０及び２５０を夫々符号２２０ｂ、２３１ｂ〜２３４ｂ、２４０ｂ及び２５０ｂに読み替えたならば、図４０におけるロータ２２０ｆの断面構造は、図３５（ａ）におけるロータ２２０の断面構造と同じであり、矛盾なき限り、ロータ２２０に対して説明した事項がロータ２２０ｂにも適用される（同一名称部位間の符号の相違は、適宜、無視される）。但し、上述したモータ２０１の構造では内周積層鉄心−外周積層鉄心間に空隙が設けられていたが、第８変形構造では内周積層鉄心−外周積層鉄心間に空隙は設けられない。

即ち、上述の図３６及び後述の図４２との比較からも理解されるが、Ｚ軸方向における永久磁石の第１及び第２端面とＺ軸方向におけるロータ積層鉄心の第１及び第２端面とが夫々に同一平面上に位置するように、永久磁石２３１の幅Ｌｍ’を拡大したものが永久磁石２３１ｂである（永久磁石２３２ｂ〜２３４ｂについても同様）。永久磁石の幅が異なる点を除き、永久磁石２３１ｂ〜２３４ｂの形状、磁極及び原点Ｏとの位置関係等は、永久磁石２３１〜２３４のそれらと同様である。永久磁石の幅の拡大に伴って、外周積層鉄心の断面形状は、図３６に示されるそれから後述の図４２に示されるそれへと変形される。第８変形構造では、Ｚ軸に直交する断面が後述の突出部を横切らない場合、断面位置の、Ｚ軸方向における変化に対し、ロータ２２０ｆの断面構造は不変である。

図４１（ａ）及び（ｂ）の夫々は、ロータ２２０ｂの回転軸方向から見たロータ２２０ｂの外観平面図である。実際には、ロータ２２０ｂには突出部が設けられており、該突出部が図４１（ａ）及び（ｂ）の外観平面図上にも現れるはずであるが、図４１（ａ）及び（ｂ）では該突出部の図示を割愛している（突出部の詳細は後述される）。

上述したようにＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は原点Ｏにて互いに直交する。ロータ２２０ｂの断面構造を説明するために、図４１（ａ）のＤ−Ｄ’線に沿った断面（以下、Ｄ−Ｄ’断面という）を想定する。Ｄ−Ｄ’線は、Ｙ軸上の正の点及びＸ軸上の正の点を夫々始点及び終点とし且つＺ軸上にて折れ曲がる折れ線である。また、図４１（ｂ）の破線５６１に沿った断面、即ちＹ軸に沿った断面（以下、Ｙ断面という）、及び、図４１（ｂ）の破線５６２に沿った断面、即ちＸ軸に沿った断面（以下、Ｘ断面という）を想定する。

上述のようなロータ積層鉄心及び永久磁石２３１ｂ〜２３４ｂを結合して成る部材に対して、更に突出部を結合することによりロータ２２０ｂが形成される。

図４２は、ステータ２１０の断面とロータ２２０ｂ及び界磁巻線部のＤ−Ｄ’断面とを合成した図である。但し、図４２並びに後述の図４４、図４５及び図４８におけるステータ２１０の断面は、第６変形構造と同様（図２６も参照）、ステータ２１０の２つのティース２１３の中心と原点Ｏとを通る線に沿ったステータ２１０の断面である。図４２の左右方向はＺ軸方向と合致し、図４２の右側がＺ軸の正側に対応する（後述の図４４、図４５及び図４８においても同様）。

ロータ２２０ｂのＤ−Ｄ’断面において、永久磁石２３１ｂとステータ２１０間には内周積層鉄心２４０ｂの一部が存在するが、それを、内周鉄心本体２４１と呼ぶ。同様に、永久磁石２３２ｂとステータ２１０間には内周積層鉄心２４０ｂの他の一部が存在するが、それを内周鉄心本体２４２と呼ぶ（図３９も参照）。また、ロータ２２０ｂのＤ−Ｄ’断面において、永久磁石２３１ｂの外周側に外周積層鉄心２５０ｂの一部が存在するが、それを外周鉄心本体２５１と呼ぶ。同様に、永久磁石２３２ｂの外周側に外周積層鉄心２５０ｂの他の一部が存在するが、それを外周鉄心本体２５２と呼ぶ（図３９も参照）。更に、内周鉄心本体２４１とステータ積層鉄心２１１との間の空隙をＡＧ_３にて表し、内周鉄心本体２４２とステータ積層鉄心２１１との間の空隙をＡＧ_４にて表す。尚、永久磁石２３１ｂ内に示された矢印は、夫々、永久磁石２３１ｂ内における磁束の向きを表している（他の永久磁石においても同様）。

図４２の断面図上には、ロータ積層鉄心等に加えて、ロータ積層鉄心に接合された突出部３５１ａ、３４１ａ、３５２ａ、３４２ｂ及び３５２ｂと、界磁巻線ヨークＦＹ’及び界磁巻線ＦＷ’から成る界磁巻線部とが示されている。ロータ２２０ｂにおける界磁巻線部は、ロータ２２０ｂの右側（Ｚ軸方向における正側）に固定して配置される。各突出部は、鉄などの磁性材料の粉末を圧縮成型した圧粉磁性材料から成る（但し、それらを鋼板によって形成するようにしてもよい）。

また、図４３（ａ）に、Ｚ軸の正側から見た、ロータ２２０ｂの外観平面図を示す。図４３（ａ）において、斜線が付された部分が、ロータ積層鉄心（内周積層鉄心２４０ｂ及び外周積層鉄心２５０ｂ）の端面からＺ軸の正側に突出している部分であり、符号３５１ａａ、３４１ａａ及び３５２ａａが付された破線領域内に、夫々、突出部３５１ａ、３４１ａ及び３５２ａが位置する。図４３（ｂ）に、Ｚ軸の負側から見た、ロータ２２０ｂの外観平面図を示す。図４３（ｂ）において、斜線が付された部分が、ロータ積層鉄心（内周積層鉄心２４０ｂ及び外周積層鉄心２５０ｂ）の端面からＺ軸の負側に突出している部分であり、符号３４２ｂｂ及び３５２ｂｂが付された破線領域内に、夫々、突出部３４２ｂ及び３５２ｂが位置する。また、突出部３５２ｂは、永久磁石２３２ｂの、Ｚ軸の負側における端面の一部を覆っており、Ｚ軸の直交方向であるＸ軸方向において、突出部３４２ｂと突出部３５２ｂとの間には空隙３５２ｂ_ＡＧが存在する。Ｚ軸の負側から見た場合において、空隙３５２ｂ_ＡＧが位置する部分は突出しておらず、その部分に、突出部を形成する圧粉磁性材料は存在しない。

突出部３５１ａ、３４１ａ及び３５２ａは、夫々、外周鉄心本体２５１、内周鉄心本体２４１及び外周鉄心本体２５２の、回転軸方向における端面から、回転軸方向に突出するように外周鉄心本体２５１、内周鉄心本体２４１及び外周鉄心本体２５２に接合される。但し、突出部３５１ａ、３４１ａ及び３５２ａは、夫々、Ｚ軸の正側における、外周鉄心本体２５１、内周鉄心本体２４１及び外周鉄心本体２５２の端面からＺ軸の正の方向側に突出している。
突出部３４２ｂ及び３５２ｂは、夫々、内周鉄心本体２４２及び外周鉄心本体２５２の、回転軸方向における端面から、回転軸方向に突出するように内周鉄心本体２４２及び外周鉄心本体２５２に接合される。但し、突出部３４２ｂ及び３５２ｂは、夫々、Ｚ軸の負側における、内周鉄心本体２４２及び外周鉄心本体２５２の端面からＺ軸の負の方向側に突出している。

尚、突出部３５１ａ及び３４１ａが形成されたことに伴い、Ｚ軸の正側における永久磁石２３１ｂの端面が突出部３５１ａ及び３４１ａの端面に合うように、永久磁石２３１ｂもＺ軸の正側に突出させるようにしてもよい。

また、図４４に、ステータ２１０の断面とロータ２２０ｂ及び界磁巻線部のＹ断面（図４１（ｂ）の破線５６１に沿った断面）とを合成した図を示し、図４５に、ステータ２１０の断面とロータ２２０ｂ及び界磁巻線部のＸ断面（図４１（ｂ）の破線５６２に沿った断面）とを合成した図を示す。図４４の上方はＹ軸の正側に対応し、図４４の下方はＹ軸の負側に対応する。図４５の上方はＸ軸の負側に対応し、図４５の下方はＸ軸の正側に対応する。図４３（ａ）及び（ｂ）からも分かるように、ＸＹ座標面上において、ロータ２２０ｂはＸ軸を対称軸とする線対称の構造を有すると共にＹ軸を対称軸とする線対称の構造を有する。このため、図４５の断面図上においては、Ｘ軸の正側に位置する空隙３５２ｂ_ＡＧに加えて、空隙３５２ｂ_ＡＧに対応する、Ｘ軸の負側の空隙３５２ｂ_ＡＧ’も観測される（図４３（ｂ）も参照）。

図４６に、Ｚ軸方向が図面の左右方向に合致するような視点から見た、界磁巻線ヨークＦＹ’の外観図を示す。図４７に、Ｚ軸の負側から見た界磁巻線ヨークＦＹ’の、ＸＹ座標面上への投影図を示す。

界磁巻線ヨークＦＹ’は、Ｚ軸上に円心を有する円柱状の磁性材料に、ロータ２２０ｂの回転軸を中心線として有する穴部３３５と、界磁巻線ＦＷ’を配置するためのスロット（窪み）３３２と、を設けたものである。穴部３３５には、ステータ２１０が配置される。分解して考えると、界磁巻線ヨークＦＹ’は、円筒形状を有する底面ヨーク部３３０の上に、夫々が円筒形状を有する内周ヨーク部３３１及び外周ヨーク部３３３を、それらの円心が全てＺ軸上にのるように接合したもの、と捉えることができる。外周ヨーク部３３３における内周側の円の半径は内周ヨーク部３３１における外周側の円の半径よりも大きい。Ｚ軸方向から見た場合において、外周ヨーク部３３３は内周ヨーク部３３１の外側に位置し、スロット３３２は外周ヨーク部３３３と内周ヨーク部３３１との間に位置している。界磁巻線ＦＷ’は、内周ヨーク部３３１の外周に沿ってＺ軸周りに巻かれる。また、内周ヨーク部３３１及び外周ヨーク部３３３の端面（底面ヨーク部３３０の反対側に位置する端面）は、Ｚ軸に直交する同一平面上にのる。

界磁巻線ヨークＦＹ’は、鉄などの磁性材料の粉末を圧縮成型した圧粉磁性材料から成る（但し、それらを鋼板によって形成するようにしてもよい）。

図４２を再び参照して、上記のように構成された界磁巻線部の配置位置を詳細に説明する。Ｚ軸方向から見た場合において、界磁巻線ヨークＦＹ’の外周の半径（換言すれば、外周ヨーク部３３３における外周側の円の半径）は、ロータ２２０ｂの外周の半径と一致或いは略一致している。

そして、界磁巻線ヨークＦＹ’の内周ヨーク部３３１と突出部３４１ａとが対向し、且つ、界磁巻線ヨークＦＹ’の外周ヨーク部３３３と突出部３５１ａ及び３５２ａとが対向するように、界磁巻線ヨークＦＹ’を配置する。突出部３４１ａの端面と内周ヨーク部３３１の端面は微小な空隙を介して面し、且つ、突出部３５１ａ及び３５２ａの端面と外周ヨーク部３３３の端面は微小な空隙を介して面する。

次に、図４８を参照して、界磁巻線ＦＷ’に電流を流した時における磁束の様子を説明する。図４８の矢印付き折れ線５８０は、界磁巻線ＦＷ’に電流を流すことによって発生した磁束の磁路及び該磁束の向きを表している。但し、矢印付き折れ線５８０における向きは、永久磁石による界磁磁束を弱める方向の電流を界磁巻線ＦＷ’に流した場合における向きである。第８変形構造では、永久磁石２３１ｂ〜２３４ｂから得られる界磁磁束が主界磁磁束（第１界磁磁束）として機能し、界磁巻線ＦＷ’に電流を流すことによって発生した磁束が副界磁磁束（第２界磁磁束）として機能する。

界磁巻線ヨークＦＹ’の底面ヨーク部３３０を起点にして副界磁磁束の磁路を考える。この磁路は、底面ヨーク部３３０を起点として、外周ヨーク部３３３の内の、突出部３５１ａに面している部分と、突出部３５１ａと、外周鉄心本体２５１及び２５２と、突出部３５２ｂと、空隙３５２ｂ_ＡＧと、突出部３４２ｂと、内周鉄心本体２４２と、空隙ＡＧ_４と、ステータ積層鉄心２１１と、空隙ＡＧ_３と、内周鉄心本体２４１と、突出部３４１ａと、内周ヨーク部３３１の内の、突出部３４１ａに面している部分と、内周ヨーク部３３１と、を通じて底面ヨーク部３３０に至る磁路である。

内周鉄心本体２４１及び２４２を含む内周積層鉄心２４０ｂと内周積層鉄心２４０ｂに接合される突出部（３４１ａ及び３４２ｂを含む）は、全体として「ロータ内周鉄心」を形成し、外周鉄心本体２５１及び２５２を含む外周積層鉄心２５０ｂと外周積層鉄心２５０ｂに接合される突出部（３５１ａ、３５２ａ及び３５２ｂを含む）は、全体として「ロータ外周鉄心」を形成する。そして、上記のような副界磁磁束の磁路が形成されるように、ロータ内周鉄心及びロータ外周鉄心並びに界磁巻線部を形成及び配置する。これにより、副界磁磁束の発生時には、永久磁石による主界磁磁束と界磁巻線による副界磁磁束の合成磁束が、ステータ２１０の電機子巻線の鎖交磁束となる。

第８変形構造に係るモータでも、第６変形構造に係るモータ（図２５等参照）と同様の作用及び効果が得られる。

また、上述の説明から明らかであるが、内周鉄心本体２４２の界磁巻線ヨークＦＹ’側には、突出部を設けない（図４８参照）。仮に、内周鉄心本体２４２の界磁巻線ヨークＦＹ’側にも突出部を設けたならば、図４８の断面図上のステータ２１０下方に位置するロータ鉄心部分と界磁巻線部とで閉磁路が形成されてしまい、副界磁磁束がステータ２１０の電機子巻線を鎖交しなくなるからである。このような事態の発生を避けるべく、内周鉄心本体２４２と内周ヨーク部３３１との間の空隙長を十分に大きくとる。例えば、その空隙長をステータ−ロータ間の空隙長（即ち、空隙ＡＧ_３及びＡＧ_４の長さ）の５倍〜数１０倍とする。

ロータ内周鉄心−ロータ外周鉄心間に設けられる空隙（３５２ｂ_ＡＧ又は３５２ｂ_ＡＧ’）について説明を加える。空隙３５２ｂ_ＡＧと空隙３５２ｂ_ＡＧ’の形状は同じであるため、空隙３５２ｂ_ＡＧに注目して説明を行う。図４３（ｂ）に示す如く、ＸＹ座標面上において、空隙３５２ｂ_ＡＧは、第１の扇型から第２の扇型を除去して残る弓形図形を成す。第１及び第２の扇型の中心角は９０度である。ＸＹ座標面上において、第２の扇型の半径は、内周積層鉄心２４０ｂの外周円の半径と合致し（但し、この合致は必須ではない）、第１の扇型の半径は、内周積層鉄心２４０ｂの外周円の半径よりも大きいが外周積層鉄心２５０ｂの内周円の半径よりも小さい。

第８変形構造では（図３６及び図４２も参照）、永久磁石２３２ｂの両極間方向における永久磁石２３２ｂの長さ（即ち、Ｚ軸に直交する方向における永久磁石２３１ｂの長さ）を永久磁石の厚みＴｍ’と捉えると共に、Ｚ軸方向における永久磁石２３２ｂの長さを永久磁石の幅Ｌｍ’と捉える。更に、Ｚ軸に直交する方向における空隙３５２ｂ_ＡＧの長さ（即ち、図４２の上下方向における、空隙３５２ｂ_ＡＧの長さ）を空隙の厚みＴａ’として捉えると共に、Ｚ軸方向における空隙３５２ｂ_ＡＧの長さ（即ち、図４２の左右方向における、空隙３５２ｂ_ＡＧの長さ）を空隙の幅Ｌａ’として捉える。空隙の厚みは、上述したように、ｄ軸方向における空隙３５２ｂ_ＡＧの長さである。

そして、（Ｌｍ’＋Ｌａ’）に対する空隙幅Ｌａ’の比率（即ち、Ｌａ’／（Ｌｍ’＋Ｌａ’））を空隙幅比率として、且つ、Ｔｍ’に対する空隙厚みＴａ’の比率（即ち、Ｔａ’／Ｔｍ’）を空隙厚み比率として取り扱った上で、第１実施形態の基本構造の説明で述べた空隙厚み比率の設定方法を適用すればよい。即ち、「Ｔａ’≦０．５×Ｔｍ’」が成立するような空隙（３５２ｂ_ＡＧ又は３５２ｂ_ＡＧ’）をロータ内周鉄心−ロータ外周鉄心間に配置すると共に、空隙幅比率に応じて空隙厚み比率の下限を設定すればよい。

＜＜第３実施形態＞＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、第１又は第２実施形態で説明したモータを利用したモータ駆動システムを説明する。

図４９は、第３実施形態に係るモータ駆動システムの全体ブロック図である。モータ駆動システムは、モータ４０１と、モータ４０１内の電機子巻線に電機子電流を供給してモータ４０１内のロータを回転駆動するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータ４０２と、マイクロコンピュータ等にて形成され、ＰＷＭインバータ４０２を介してモータ４０１を制御するモータ制御装置４０３と、電流センサ４１１と、を備える。

モータ４０１は、第１又は第２実施形態で述べた任意のモータである。モータ４０１に設けられたステータの各スロットにコイルを巻き、各コイルを適切に結線することにより、モータ４０１は、三相式の永久磁石同期モータとして形成される。このため、モータ４０１のステータには、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電機子巻線が設けられる。

ＰＷＭインバータ４０２からモータ４０１に供給される電機子電流のＵ相成分、Ｖ相成分及びＷ相成分は、電流センサ４１１によって検出され、モータ制御装置４０３は、その検出値に基づいて、モータ４１０におけるロータが所望の回転速度で回転するようにＰＷＭインバータ４０２を制御する。ＰＷＭインバータ４０２は、その制御に従った三相交流電圧を電機子巻線に印加して電機子電流を供給することにより、ロータを回転駆動する。

モータ制御装置４０３は、ＰＷＭインバータ４０２を制御する際、公知のベクトル制御を用いることができる。そして、モータ４０１の高速回転域では、必要に応じて、負のｄ軸電流がモータ４０１の電機子巻線に供給されるようにＰＷＭインバータ４０２を制御することにより弱め界磁制御を実現する。尚、ベクトル制御の際に導出すべきｄ軸の位相（いわゆる磁極位置）は、電流センサ４１１の検出値に基づく推定処理によって、或いは、磁極位置センサ（ホール素子、レゾルバ等）を用いた検出処理によって導出される。また、界磁巻線部を有するモータ（上述の第６又は第８変形構造に係るモータ）をモータ４０１として用いる場合は、界磁巻線ＦＷ又はＦＷ’に界磁電流を供給するための界磁回路をＰＷＭインバータ４０２に含めておき、電機子巻線に負のｄ軸電流を供給する代わりに、界磁巻線ＦＷ又はＦＷ’に界磁電流を供給することによって弱め界磁制御を実現することができる。

また、上記のモータ駆動システムが適用される機器として、圧縮機５００を図５０に示す。図５０は、圧縮機５００の外観図である。図４９に示すモータ駆動システムが、圧縮機５００に設けられる。圧縮機５００は、モータ４０１の回転力（厳密にはモータ４０１におけるロータの回転力）を駆動源として冷媒ガス（不図示）の圧縮を行う。圧縮機５００の種類は任意である。例えば、圧縮機５００は、スクロール圧縮機、レシプロ圧縮機またはロータリ圧縮機である。

＜＜変形等＞＞
上述した説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態の変形例または注釈事項として、以下に、注釈１〜注釈３を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。

［注釈１］
第１及び第２実施形態において、１つのロータ内に設けられる複数の永久磁石の形状及び大きさがその複数の永久磁石間で全て同じである場合を上述したが、それらは複数の永久磁石間で異なっていてもよい。同様に、第１実施形態において、１つのロータ内に設けられる複数の空隙の形状及び大きさがその複数の空隙間で全て同じである場合を上述したが、それらは複数の空隙間で異なっていてもよい。

［注釈２］
第１及び第２実施形態に述べたロータ内に設けられる非磁性体（図４の非磁性体２５〜２８など）は、空気で満たされるべき、単なる空間であってもよい。

［注釈３］
モータ制御装置４０３の機能の一部または全部は、例えば汎用マイクロコンピュータ等に組み込まれたソフトウェア（プログラム）を用いて実現される。勿論、ソフトウェア（プログラム）ではなく、ハードウェアのみによって、或いは、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって、モータ制御装置４０３を形成することも可能である。

Claims (12)

1. 永久磁石、前記永久磁石よりも内周側に位置する内周鉄心及び前記永久磁石よりも外周側に位置する外周鉄心を結合して形成されるロータを備え、
   前記永久磁石の両極間方向における前記永久磁石の厚みをＴ_Ｍとした場合、
   前記ロータの前記外周鉄心と前記内周鉄心の間に、（１／２×Ｔ_Ｍ）以下の厚みを有する空隙を設けた
   ことを特徴とする永久磁石同期モータ。
2. 前記永久磁石が作る磁束の向きにｄ軸をとった場合、
   （１／２×Ｔ_Ｍ）以下とされる前記空隙の厚みは、前記ｄ軸方向における前記空隙の長さである
   ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータ。
3. 前記空隙の厚みは、（１／５×Ｔ_Ｍ）以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータ。
4. 前記永久磁石は、２つの永久磁石を含んで１極分の永久磁石を形成し、
   前記空隙は、前記２つの永久磁石間に配置される
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の永久磁石同期モータ。
5. 前記空隙は、前記永久磁石の両極間方向に直交する方向における前記永久磁石の端面に隣接している
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の永久磁石同期モータ。
6. 前記空隙と前記永久磁石は、前記ロータの回転軸に直交する面方向に隣接している
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の永久磁石同期モータ。
7. 前記ロータの前記内周鉄心及び前記外周鉄心は、前記ロータの回転軸方向に複数の鋼板を積層することによって形成される
   ことを特徴とする請求項６に記載の永久磁石同期モータ。
8. 前記ロータの前記内周鉄心及び前記外周鉄心は、夫々、前記ロータの回転軸方向に複数の鋼板を積層することによって形成される内周積層鉄心及び外周積層鉄心を含み、
   前記内周積層鉄心及び前記外周積層鉄心の夫々に対して、前記ロータの回転軸方向に突出した磁性材料から成る突出部が結合され、
   前記空隙は、前記内周積層鉄心に結合された突出部と前記外周積層鉄心に結合された突出部との間に設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の永久磁石同期モータ。
9. 前記ロータの回転軸方向における端部の外側に配置された、界磁巻線及び界磁巻線ヨークから成る界磁巻線部を更に備え、
   前記界磁巻線部による磁束発生時において、前記永久磁石の発生磁束と前記界磁巻線部の発生磁束の合成磁束が当該永久磁石同期モータのステータの電機子巻線を鎖交する
   ことを特徴とする請求項８に記載の永久磁石同期モータ。
10. 前記界磁巻線部の発生磁束が、前記突出部及び空隙を介しつつ、前記界磁巻線ヨーク、前記内周鉄心及び前記外周鉄心並びに前記ステータの鉄心を経由する磁路を通るように、前記突出部及び前記界磁巻線ヨークは形成されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の永久磁石同期モータ。
11. 請求項１〜請求項３の何れかに記載の永久磁石同期モータと、
    前記モータに電機子電流を供給して前記モータを駆動するインバータと、
    前記インバータを介して前記モータを制御するモータ制御装置と、を備えた
    ことを特徴とするモータ駆動システム。
12. 請求項１１に記載のモータ駆動システムに備えられた永久磁石同期モータの回転力を駆動源とする圧縮機。

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