以下、本発明の実施の形態につき、図面� ��参照して具体的に説明する。参照される各� ��において、同一の部分には同一の符号を付� ��、同一の部分に関する重複する説明を原則� ��して省略する。尚、モータの構造を表す図� ��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� ��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� �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� �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� �する永久磁石同期モータであり、特に埋込� �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� �ンナーロータであり、モータ1は、インナー� ��ータ型のモータと呼べる。図1は、ロータ20� ��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� ��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� �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� �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� ��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� ��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� �に複数枚積層することによって形成された� �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� ��6つのティース(歯)13が交互に形成されてい� �。そして、コイルを配置するためのスロッ� �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� ��タ10の電機子巻線が形成される。つまり、� �テータ10は、所謂6コイル集中巻ステータで� �る。尚、スロット数、ティース数及びコイ� �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� �ータ20の断面図、即ち、ロータ20のA-A’断面� ��(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� ��である。

 ロータ20は、Z軸上に円心を有する円盤状� ��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� �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� �れており、シャフト挿入穴、永久磁石挿入� �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2 5~28を挿入し、それらを互いに結合して固定� �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� ��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� �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� �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� �。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、� ��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� �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� ��中心は原点Oと合致し、シャフト22の断面形� ��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� �よって表す。

 XY座標面上において、永久磁石31A~34A及び3 1B~34Bの夫々の断面形状は長方形であり、XY座� ��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� ��磁石が挿入されず、そこには空気が位置す� ��ことになる。XY座標面上において、空隙31G~3 4Gの夫々の断面形状は長方形である。XY座標� �上において、ロータ積層鉄心21の外周円OC内� ��あって且つシャフト22、永久磁石31A~34A及び3 1B~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� ��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� ��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� ��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� �同じであり、空隙31G~34Gの形状及び大きさは� ��じである。そして、ロータ20はX軸を対称軸� ��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� �回転移動した位置に永久磁石32A、32B及び空� �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� ��回転移動した位置に永久磁石33A、33B及び空� ��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� ��回転移動した位置に永久磁石34A、34B及び空� ��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� ��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� ��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� ��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� ��のN極が位置する。
 従って、永久磁石31A、31B、33A及び33Bが作る� ��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� ��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。� ��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� ��上側に非磁性体25が位置すると共に、永久� �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、� �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� ��下側に非磁性体26が位置すると共に、永久� �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、� �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� ��下側に非磁性体27が位置すると共に、永久� �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、� �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� ��上側に非磁性体28が位置すると共に、永久� �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、� �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� �り例えば、上述した空隙31Gの配置位置を基� �として、空隙31Gの配置位置を原点O側に幾分� ��行移動させても良い。また、永久磁石31Aと� ��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� �位置する内周積層鉄心と、永久磁石の外周� �に位置する外周積層鉄心と、上記ブリッジ� �と、に大別される。内周積層鉄心は、ロー� �積層鉄心21の内の、永久磁石31A~34A及び31B~34B� ��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� ��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� �は、内周積層鉄心と外周積層鉄心との間で� �って且つ1つの連続する永久磁石挿入穴の一� ��に、空隙が設けられる。そして、その空隙� ��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� ��る。空隙を介して隣接する2つの永久磁石(� �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� ��磁石が設けられている(即ち、モータ1の極� �は4である)。今、図6に示す如く、1極分の永� ��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� �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� ��る。

 ここで、永久磁石の厚みとは、永久磁石� ��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� ��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� �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� ��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� ��の厚み方向に直交する方向であって且つXY� �標面上における空隙の長さを「空隙の幅」� �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� ��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� ��方向における長さ)がTmである。そして、空� ��31Gの幅(即ち、X軸方向における長さ)がWaで� �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� ��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� ��る。従って、永久磁石31近傍におけるd軸方� ��の磁気抵抗Rdは、下記式(2)によって表され� �。磁気抵抗Rm及びRaは、式(1a)及び(1b)によっ� �表される。尚、外周積層鉄心と内周積層鉄� �とを繋ぐブリッジ部(図4の非磁性体25及び28� �傍の鉄心部分)は、永久磁石によって十分に� ��気飽和を起こしていると考えられるため、� ��のブリッジ部における磁気抵抗は十分に大� ��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� �)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� �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� ��る突極機の高速回転時においては、永久磁� ��に由来してモータ内で生じる誘起電圧の過� ��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� �御は、負のd軸電流を電機子巻線に流すこと� ��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� �石による電機子巻線の鎖交磁束を弱める方� �に作用する。d軸電流をidによって表す。ま� �、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� ��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、� �の磁束(Ld・id)は、d軸電流による起磁力Fdに� �り、d軸方向の磁気抵抗Rd及びロータ-ステー� ��間ギャップの磁気抵抗を流れる磁束とみな� ��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� �すき間である。

 ロータ-ステータ間ギャップはロータ20の� ��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� �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� �は、2極分の永久磁石部分及び2つのロータ-� �テータ間ギャップを経由する1つの磁路のみ� ��、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� ��Fdによって生じる磁束Ld・idの磁気回路は、� ��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� �抗を表す。尚、ステータ積層鉄心及びロー� �積層鉄心の比透磁率は十分に大きな値(例え� ��、数百~数万)を有しているため(後述の他の� ��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� �る。また、通常、磁気抵抗Rgは磁気抵抗Rdに� ��して十分に小さいため、式(3a)を式(3b)に近� �することができる。つまり、d軸電流による� ��束Ld・idは、Rdの逆数に略比例すると考えら� ��る。Rdの逆数をPdとおくと、Pdは下記式(4)に� ��って表される。磁気抵抗の逆数は一般にパ� ��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� �空隙厚みTaの比率(即ち、Ta/Tm)を、以下単に� �隙厚み比率という。空隙幅比率と空隙厚み� �率を様々に変化させて、式(4)に基づきd軸方� ��におけるパーミアンスPdを計算した結果を� �10に示す。図10のグラフにおいて、横軸は空� ��厚み比率を表し、縦軸はパーミアンスPdを� �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3 0%とした時における、パーミアンスPdの、空� �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� ��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� �1から減少するにつれてパーミアンスPdが増� �する。パーミアンスPdが大きいと、同じd軸� �流でもより多くのd軸磁束(Ld・id)を発生させ� ��ことができるため、効果的に弱め界磁制御� ��成すことが可能となる。結果、弱め界磁制� ��において、d軸電流による損失(銅損)増加を� ��減することができる。例えば、パーミアン� ��Pdが2割増加すれば、同じd軸磁束(弱め界磁� �束)を発生するためのd軸電流を約2割低減す� �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� �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� �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� �空隙厚み比率が0.5以下となる領域で顕著と� �る。そこで、本実施形態では、空隙厚み比� �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� �置する。

 また、十分に有益な損失低減効果を得るた� ��に、具体的には例えば、空隙幅比率が5%以� �である場合は空隙厚み比率を0.2以下とする� �とが望ましく、空隙幅比率が10%以下である� �合は空隙厚み比率を0.3以下とすることが望� �しく、空隙幅比率が20%以下である場合は空� �厚み比率を0.4以下とすることが望ましく、� �隙幅比率が30%以下である場合は空隙厚み比� �を0.5以下とすることが望ましい。但し、空� �幅比率が比較的大きい場合に空隙厚み比率� �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� �応じて空隙厚み比率の下限を設定すること� �望ましい。例えば、空隙幅比率が20%以上で� �る場合には、空隙厚み比率を0.1~0.2以上とす� ��ことが望ましい。

 上述の如く、「Ta≦0.5×Tm」を満たす空隙� ��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� �増大させることができ、必要な弱め界磁磁� �を得るためのd軸電流を低減することができ� ��。結果、高速回転時における損失(銅損)を� �減することができる。また、d軸電流によっ� ��発生した磁束は、永久磁石に隣接する空隙� ��を優先的に通るため、永久磁石自身に反磁� ��が加わりにくくなって永久磁石の減磁の発� ��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� ��の厚みを永久磁石の厚みよりも若干短くす� ��ことは従来でもあったかもしれないが、磁� ��磁束の漏れへの影響を考慮し、空隙の厚み� ��積極的に永久磁石の厚みの半分以下にする� ��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� �に、第1~第6変形構造を説明する。第1~第6変� �構造に係るモータ構造を採用しても、上述� �同様の作用及び効果が得られる。尚、変形� �施されていない、上述のモータ1の構造を、� ��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� ��点に特に着目する。各変形構造の説明にお� ��て、特に述べられない技術的事項に対して� ��、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� �載した事項を各変形構造に適用する場合、� �一名称の部位間の符号の相違は、適宜、無� �される。例えば、第1変形構造の説明におい� ��、ロータに対する符号に20aを用いるが、基� ��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� ��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� �造が変形される。この変形がなされたロー� �をロータ20aと呼ぶ。ロータ20aの回転軸をZ軸� ��する。図12は、Z軸に直交する任意の面に沿� ��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2 1と同様にして形成されるロータ積層鉄心21a� �、Z軸を中心軸として有する円柱状のシャフ� ��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2 1aには、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及� ��非磁性体挿入穴が設けられており、シャフ� ��挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入� ��に、夫々、シャフト22、永久磁石31Aa~34Aa及� �31Ba~34Ba並びに非磁性体25a~28aを挿入し、それ� ��を互いに結合して固定することによりロー� ��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� �、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� ��沿ったロータ20aの断面図である。XY座標面� �において、ロータ積層鉄心21aの断面形状(外� ��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� �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� ��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� �る。

 XY座標面上において、各永久磁石の断面� �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� �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� ��層鉄心21aの外周円OC内であって且つシャフ� �、永久磁石、空隙及び非磁性体の何れもが� �在しない部分には、ロータ積層鉄心21aを形� �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� ��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� ��る永久磁石31Aの配置位置を、永久磁石31Aの� ��心を回転軸として反時計回りに角度εだけ� �転させた位置に永久磁石31Aaは配置され、且� ��、基本構造における永久磁石31Bの配置位置� ��、永久磁石31Bの中心を回転軸として時計回� ��に角度εだけ回転させた位置に永久磁石31Ba� ��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� ��中心を有するように永久磁石31Aa及び31Ba間� �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� ��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� ��い辺62の両端点と、を頂点とする台形を想� �した場合、例えば、空隙31Gaは、この台形内� ��位置する。また、永久磁石31Aaと空隙31Gaと� �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� �線対称の構造を有する。つまり、永久磁石31 Aa、31Ba及び空隙31Gaの配置位置を、Z軸を中心� ��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32A a、32Ba及び空隙32Ga、永久磁石33Aa、33Ba及び空� ��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3 2Aa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� ��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� ��る1極分の永久磁石の磁束の向きは、Y軸に� �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� �、永久磁石34Aa及び34Baによって生成される1� �分の永久磁石の磁束の向きは、X軸に対して� ��行である。

 XY座標面上における非磁性体25a~28aの配置� ��置は、基本構造の非磁性体25~28の配置位置� �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� �形状は基本構造のそれらから適宜変更され� �。

 永久磁石31Aa及び31Baによって形成される1極� ��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� ��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� �第1変形構造にも適用される。尚、永久磁石3 1Aa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� �形構造とし、第2変形構造に係るロータをロ� ��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� �における変化に対して、ロータ20bの断面構� �は不変である。第2変形構造において特に述� ��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2 1と同様にして形成されるロータ積層鉄心21b� �、Z軸を中心軸として有する円柱状のシャフ� ��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� �、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� ��沿ったロータ20bの断面図である。XY座標面� �において、ロータ積層鉄心21bの断面形状(外� ��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� �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、� ��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3 1Ga、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� ��と同じである。XY座標面上において、ロー� �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� ��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� ��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� ��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� �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� ��置に、夫々、永久磁石32Aa、32Ba並びに空隙32 G _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� ��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� ��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� ��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� ��度に設定すると、ロータの断面図は図14の� �うになる。この場合においても、隣接する� �隙間に内周積層鉄心と外周積層鉄心を繋ぐ� �心連結部(図14の符号71)が存在し、そのよう� �鉄心連結部を有するモータ構造を採用する� �、その鉄心連結部をも空隙とする場合と比� �てd軸インダクタンスが若干増加する(d軸方� �におけるパーミアンスが若干増加する)。但� ��、上述したように、その鉄心連結部は磁気� ��和を起こしていると考えられるため、弱め� ��磁磁束(Ld・id)の経路への寄与は小さい。一� ��、本実施形態で提案する構造では、ギャッ� ��長の小さな空隙が存在するため、鉄心連結� ��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� �造が変形される。この変形がなされたロー� �をロータ20cと呼ぶ。ロータ20cの回転軸をZ軸� ��する。図15は、Z軸に直交する任意の面に沿� ��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2 1と同様にして形成されるロータ積層鉄心21c� �、Z軸を中心軸として有する円柱状のシャフ� ��22と、板状の永久磁石31c~34cと、非磁性体25~2 8とを有する。ロータ積層鉄心21cには、シャ� �ト挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿� �穴が設けられており、シャフト挿入穴、永� �磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴に、夫々、� �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� �、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� ��沿ったロータ20cの断面図である。XY座標面� �において、ロータ積層鉄心21cの断面形状(外� ��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� �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� ��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31 c~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� ��31Bを左右方向に平行移動させて両永久磁石� ��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� �平行移動させて両永久磁石を結合したもの� �永久磁石33cに相当し、図4の永久磁石34A及び3 4Bを上下方向に平行移動させて両永久磁石を� ��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� �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� ��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� ��石及び各空隙の断面形状は長方形である。� ��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� �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� ��フト、永久磁石、空隙及び非磁性体の何れ� ��が存在しない部分には、ロータ積層鉄心21c� ��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� �対称の構造を有する。つまり、永久磁石31c� �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� ��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� ��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� �34cが作る磁束の向きは、それぞれ、X軸に対� ��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3 1Gc 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� �には、ロータ積層鉄心21cの一部であるブリ� �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3 3Gc 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� �には、ロータ積層鉄心21cの一部であるブリ� �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3 3Gc 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� �には、ロータ積層鉄心21cの一部であるブリ� �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3 1Gc 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� �には、ロータ積層鉄心21cの一部であるブリ� �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� ��(即ち、永久磁石31cのX軸方向における長さ)� ��Wmとして、且つ、永久磁石31cの厚み(即ち、� ��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� �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� ��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� ��。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、� ��ータ20dの回転軸に直交する方向から見たロ� ��タ20dの外観平面図であり、図16(b)は、ロー� �20dの回転軸方向から見たロータ20dの外観平� �図である。Z軸の直交面に沿う断面にてロー� ��20dを切って得られる断面図は、断面位置が� ��ータ20dの中央付近の所定範囲内にある場合� ��、それ以外の場合とで異なる。前者の場合� ��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� ��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2 0d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2 1と同様にして形成されるロータ積層鉄心21d� �、Z軸を中心軸として有する円柱状のシャフ� ��22と、永久磁石31Ad~34Ad及び永久磁石31Bd~34Bd(� ��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21 dには、シャフト挿入穴、永久磁石挿入穴及� �非磁性体挿入穴が設けられており、シャフ� �挿入穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入� �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� ��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� �、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� ��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� ��想定し、このB-B’線に沿ったロータ20dの断� ��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� �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� �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� ��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� ��び33Adにおける該長方形の中心はY軸上に位� �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31 Ad~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� �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� ��置し、
 永久磁石32Adの右側に、永久磁石32AdのN極が� ��置し、
 永久磁石33Adの上側に、永久磁石33AdのN極が� ��置し、
 永久磁石34Adの左側に、永久磁石34AdのN極が� ��置する。
 永久磁石31Ad及び33Ad(並びに31Bd及び33Bd)が作� ��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32A d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� �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� ��介在し、
 永久磁石33Adの右側であって且つ永久磁石32A d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� �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� ��介在し、
 永久磁石33Adの左側であって且つ永久磁石34A d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� �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� ��介在し、
 永久磁石31Adの左側であって且つ永久磁石34A d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� �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� ��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� �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� ��複数の永久磁石の形状及び大きさは全て同� ��であるとし、ロータ20d内に設けられる複数� ��空隙の形状及び大きさは全て同じであると� ��る。永久磁石31Adと永久磁石31Bdの磁束の向� �は同じであり、それらによって1極分の永久� ��石が形成され、永久磁石33Adと永久磁石33Bd� �磁束の向きは同じであり、それらによって1� ��分の永久磁石が形成される。同様に、永久� ��石32Adと永久磁石32Bdの磁束の向きは同じで� �り、それらによって1極分の永久磁石が形成� ��れ、永久磁石34Adと永久磁石34Bdの磁束の向� �は同じであり、それらによって1極分の永久� ��石が形成される(図17(a)又は(b)において、永� ��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� ��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� ��の間には空隙31Gdが配置される。図17(b)の断� ��図では、永久磁石31Adと空隙31Gdが直接接し� �いるが、両者間にロータ積層鉄心21dの一部� �介在させても良い(永久磁石31Bdと空隙31Gd間� �ついても同様)。

 永久磁石31Ad及び31Bd並びに空隙31Gdは、ロ� ��タ積層鉄心21dにおける内周積層鉄心と外周� ��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� ��びに空隙32Gd、永久磁石33Ad及び33Bd並びに空� ��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� �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� �)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� ��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� ��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� ��。永久磁石の厚みの定義は、基本構造にお� ��るそれと同じである。第4及び後述の第5変� �構造において、「空隙の幅」とは、Z軸方向� ��おける空隙の長さを指す。空隙の厚みの定� ��は、基本構造におけるそれと同じである。� ��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� ��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� �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、� �隙31Gdの幅(即ち、Z軸方向における長さ)がLa� �あり、空隙31Gdの厚み(即ち、Y軸方向におけ� �長さ)がTaである。そうすると、永久磁石31Ad� ��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� �抵抗RmとRaの並列接続抵抗Rdの逆数に近似さ� �るd軸方向のパーミアンスPdは下記式(6)によ� �て表される。ここで、Wは、d軸にもZ軸にも� �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� �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)� �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� �る。

 ところで、上述の基本構造では、ロータ積� ��鉄心内の空隙を経由する、永久磁石の磁束� ��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� �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� ��積層鉄心から空隙、外周積層鉄心及び永久� ��石を経由して内周積層鉄心に戻る磁気回路� ��形成され、永久磁石の磁束の一部が、この� ��気回路を通ることにより、電機子巻線の鎖� ��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� ��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� �される(第5変形構造についても同様)ため、� �の分、鉄損が大きくなる。故に、鉄損を考� �すると、基本構造及び第1~第3変形構造を採� �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� �れ磁気回路が鋼板積層方向に形成されるた� �、その分、鉄損が大きくなる。また、その� �れ磁気回路を形成するエンドリングと永久� �石との間で磁気吸引力が働くため、構造強� �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� �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� �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� �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� ��タ20e内の永久磁石を通る断面にてロータ20e� ��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� ��の中央部に位置していた空隙31Gdが2つに分� �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� �れる。ロータ20e内に設けられる永久磁石31e� �、第4変形構造における永久磁石31Ad及び31Bd(� ��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� ��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31 e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� �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(� �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� ��33Bd(図17(b)参照)をZ軸方向に平行移動させて� ��合することにより永久磁石33eを形成し、永� ��磁石33eをロータ積層鉄心21e内に埋め込む。� ��方で、空隙33Gdを2つに分割し、分割によっ� �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� �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9 0度、180度、270度だけ回転移動した位置に、� �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� ��ャフト、永久磁石、空隙及び非磁性体の何� ��もが存在しない部分には、ロータ積層鉄心2 1e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� ��(即ち、永久磁石31eのZ軸方向における長さ)� ��Lmとして、且つ、永久磁石31eの厚み(即ち、� ��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� �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� �によって達成されるが、第6変形構造に係る� ��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� ��、第6変形構造におけるモータ1の構成要素� �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� ��(b)の夫々は、ロータ20fの回転軸方向から見� ��ロータ20fの外観平面図である。実際には、� ��ータ20fには突出部が設けられており、該突� ��部が図23(a)及び(b)の外観平面図上にも現れ� �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� �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� ��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� �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� �定する。尚、Y断面は、図16(b)を参照して上� �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� ��述の突出部を横切らない断面に沿ったロー� ��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� �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� �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� ��。

 ロータ20fは、基本構造のロータ積層鉄心2 1と同様にして形成されるロータ積層鉄心21f� �、Z軸を中心軸として有する円柱状のシャフ� ��22と、永久磁石31f~34fと、非磁性体25~28とを� �する。ロータ積層鉄心21fには、シャフト挿� �穴、永久磁石挿入穴及び非磁性体挿入穴が� �けられている。シャフト挿入穴、永久磁石� �入穴及び非磁性体挿入穴に、夫々、シャフ� �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� ��位置する内周積層鉄心と、永久磁石の外周� ��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� ��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� �、ロータ積層鉄心21fの内の、永久磁石31f~34f� ��りもロータ積層鉄心21fの外周円OC側に位置� �る部分を指す。

 図24(b)において、符号100が付された斜線� �域が内周積層鉄心に相当し、符号111~114が付� ��れた斜線領域の全体が外周積層鉄心に相当� ��、ロータ積層鉄心21fの全体から内周積層鉄� ��及び外周積層鉄心を除いた残部領域がブリ� ��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� ��の正方向側に位置し、外周鉄心本体112は、� ��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� �負方向側に位置し、外周鉄心本体114は、永� �磁石34fに隣接し且つ永久磁石34fよりもX軸の� ��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� ��22、永久磁石31f~34f及び非磁性体部25~28を結� �して成る部材に対して、更に突出部を結合� �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� ��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� ��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� ��10の断面である。図25の左右方向はZ軸方向� �合致し、図25の右側がZ軸の正側に対応する(� ��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3 1fとシャフト22間には内周積層鉄心100の一部� �存在するが、それを、内周鉄心本体101と呼� �。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� �部である外周鉄心本体111及び112と、内周鉄� �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� ��び142bと、界磁巻線ヨークFY及び界磁巻線FW� �ら成る界磁巻線部とが示されている。界磁� �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� ��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� �磁石31fなど)内に示された矢印は、永久磁石� ��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� �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� ��観平面図を示す。図27(a)において、斜線が� �された部分が、ロータ積層鉄心21fの端面か� �Z軸の正側に突出している部分であり、符号1 41aa、142aa及び152aaが付された破線領域内に、� ��々、突出部141a、142a及び152aが位置する。図2 7(b)に、Z軸の負側から見た、ロータ20の外観� �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� �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、� �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� �あるY軸方向において、突出部141bと突出部151 b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� �、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� �鉄心本体101の、回転軸方向における端面か� �、回転軸方向に突出するように内周鉄心本� �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� �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� �鉄心本体102の、回転軸方向における端面か� �、回転軸方向に突出するように内周鉄心本� �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� �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� ��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� ��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� �伴い、Z軸の正側における永久磁石32fの端面� ��突出部142a及び152aの端面に合うように、永� �磁石32fもZ軸の正側に突出させるようにして� ��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� �た断面)とを合成した図を示し、図29に、ス� �ータ10の断面とロータ20f及び界磁巻線部のX� �面(図23(b)の破線512に沿った断面)とを合成し� ��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� �方はX軸の負側に対応し、図28の下方はX軸の� ��側に対応する。図27(a)及び(b)からも分かる� �うに、XY座標面上において、ロータ20fはX軸� �対称軸とする線対称の構造を有すると共にY� ��を対称軸とする線対称の構造を有する。こ� ��ため、図28の断面図上においては、Y軸の正� ��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� �を示す。図31に、Z軸方向が図面の左右方向� �合致するような視点から見た、界磁巻線ヨ� �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� �図を示す。

 界磁巻線ヨークFYは、Z軸上に円心を有す� ��円柱状の磁性材料に、シャフト22を通すた� �の、Z軸方向に伸びる穴部135と、界磁巻線FW� �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1 30の上に、夫々が円筒形状を有する内周ヨー� ��部131及び外周ヨーク部133を、それらの円心� ��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� �見た場合において、外周ヨーク部133は内周� �ーク部131の外側に位置し、スロット132は外� �ヨーク部133と内周ヨーク部131との間に位置� �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� �ーク部131及び外周ヨーク部133の端面(底面ヨ� ��ク部130の反対側に位置する端面)は、Z軸に� �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� �粉末を圧縮成型した圧粉磁性材料から成る(� ��し、それらを鋼板によって形成するように� ��てもよい)。

 図25を再び参照しつつ、上記のように構� �された界磁巻線部の配置位置を詳細に説明� �る。Z軸方向から見た場合において、界磁巻� ��ヨークFYの外周の半径(換言すれば、外周ヨ� ��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� ��。

 そして、界磁巻線ヨークFYの内周ヨーク� �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� ��する。突出部141a及び142aの端面と内周ヨー� �部131の端面は微小な空隙を介して面し、且� �、突出部152aの端面と外周ヨーク部133の端面� ��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� �を流すことによって発生した磁束の磁路及� �該磁束の向きを表している。但し、矢印付� �折れ線530における向きは、永久磁石による� �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� ��副界磁磁束(第2界磁磁束)と呼ぶ。また、界� ��巻線FW(及び後述の界磁巻線FW’)に供給され� ��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� ��、矢印付き折れ線530の一部は、副界磁磁束� ��界磁巻線ヨークFYの底面ヨーク部130を円周� �向に沿って通る様子を示しており、Z軸近傍� ��破線534内に位置する、矢印付き折れ線530の� ��部は、副界磁磁束が突出部142b及び141b間に� �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� ��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� ��巻線ヨーク、ロータ積層鉄心及びロータ積� ��鉄心に接合される突出部の比透磁率は十分� ��大きな値(例えば、数百~数万)を有する。こ� ��ため、副界磁磁束の磁路は、以下に示す、� ��1磁路及び第2磁路を、磁束の主経路として� �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� �して考える。第1磁路は、破線534に対応する� ��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� �、突出部142aと、内周鉄心本体102と、突出部1 42b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� �ーク部133の内の、突出部152aに面している部� ��と、を通じて底面ヨーク部130に至る磁路で� ��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� �ーク部130と、内周ヨーク部131の内の、突出� �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� �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� ��100と内周積層鉄心100に接合される突出部(141 a、141b、142a及び142bを含む)は、全体として「� ��ータ内周鉄心」を形成し、外周鉄心本体111� ��び112を含む外周積層鉄心と外周積層鉄心に� ��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� ��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� ��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� ��8変形構造についても同様)。基本構造にお� �ては、ロータ内周鉄心が内周積層鉄心のみ� �ら形成されていると共にロータ外周鉄心が� �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� ��端部外側に設けられた界磁巻線に界磁電流� ��供給することによって弱め界磁制御を実現� ��能である。この際、界磁巻線による磁界は� ��久磁石自体に直接加わらないため、永久磁� ��の減磁の惧れがない。また、弱め界磁制御� ��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� �子巻線の発熱増加が解消される(発熱箇所が� ��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� ��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� ��を結ぶ磁気回路を形成する界磁巻線ヨーク� ��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� ��済み、モータの小型化が図られる。更に、� ��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� �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� ��心本体111の界磁巻線ヨークFY側には、突出� �を設けない(図33参照)。仮に、外周鉄心本体1 11の界磁巻線ヨークFY側にも突出部を設けた� �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� ��界磁巻線ヨークFYとで閉磁路が形成されて� �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� �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� �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� ��おいては、第4及び第5変形構造を同様、Z軸� ��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� ��の幅(即ち、Z軸方向における永久磁石31f、32 f、33f又は34fの長さ)が幅Lmとして捉えられる� �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� �おいて、空隙の幅Laは、Z軸方向における空� �141b _AG (又は141b _AG ’)の長さを指す。第6変形構造において、空� ��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� ��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� ��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� ��で、基本構造で述べた空隙厚み比率の設定� ��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� �術的内容をアウターロータ型のモータに適� �することもできる。アウターロータ型のモ� �タであるモータ201の構造を第2実施形態とし� ��説明する。

 図34は、ロータの回転軸方向から見た、� �ータ201の全体構造を示す概略図である。モ� �タ201は、永久磁石を鉄心内に埋め込んで形� �されたロータ220と、ロータ220の内側に固定� �置されるステータ210と、を有する永久磁石� �期モータであり、特に埋込磁石同期モータ� �呼ばれる。ロータ220は、ステータ210の外側� �配置されるため、ロータ220はアウターロー� �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� �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� �した6つのティース(歯)213が交互に形成され� �いる。そして、コイルを配置するためのス� �ット212を利用して、各ティース213の周りに� �イル(図34において不図示)を巻くことによっ� ��ステータ210の電機子巻線が形成される。つ� ��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、� �ータ220の回転軸方向に沿った、ステータ積� �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� �とする。図35(a)は、Z軸の直交面に沿ったロ� �タ220の断面図である。ロータ220には複数の� �久磁石が埋め込まれているが、断面位置に� �っては、断面がそれらの永久磁石を横切ら� �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� ��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� ��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� �する。

 ロータ220は、所定形状を有する磁性材料� ��鋼板(ケイ素鋼板など)を絶縁膜を介して複� �枚Z軸方向に積層することによって形成され� ��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� �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� ��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� �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� ��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23 1のS極よりも原点Oに近く、永久磁石232のS極� �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� ��点Oに近く、永久磁石234のS極の方が永久磁� �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� ��周積層鉄心250と、両者を結合するブリッジ� ��(不図示)から形成される。内周積層鉄心240� �、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� �層鉄心250及び内周積層鉄心240は、共に、Z軸� ��に円心を有する円筒形状の部材である。内� ��積層鉄心240は径方向に厚みを有する円筒形� ��の部材であるため、内周積層鉄心240の半径� ��は内周円半径と外周円半径が存在する。外� ��積層鉄心250についても同様である。外周積� ��鉄心250の内周円の半径は内周積層鉄心240の� ��周円の半径よりも大きく、両者間に永久磁� ��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� ��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、� �接する永久磁石間近傍に位置する、内周積� �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� ��は、図35(a)の断面図上には現れない、Z軸上� ��円心を有する円筒形状の空隙が設けられて� ��る。図35(b)に、その空隙を横切る、Z軸の直� ��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� �配置位置を表している。尚、空隙260の配置� �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� ��空隙であるため、空隙260の半径には内周円� ��径と外周円半径が存在する。XY座標面上に� �いて、空隙260の内周円は内周積層鉄心240の� �周円に合致し、空隙260の外周円の半径は外� �積層鉄心250の内周円の半径よりも小さい。� �し、空隙260の内周円と内周積層鉄心240の外� �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2 50の外周面との間であって且つ永久磁石及び� ��隙の何れもが配置されない部分には、ロー� ��積層鉄心を形成する磁性材料(鋼板材料)が� �在する。

 図36は、Y軸に沿った断面にてロータ220及� ��ステータ210を切った時に得られる、ロータ2 20及びステータ210の断面図である。図示しな� ��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23 1に隣接する部分に空隙260の一断面である空� �261が現れ、永久磁石233に隣接する部分に空� �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� ��示す断面図上において、永久磁石231の外形� ��ある長方形の一辺281はロータ220の一端面上� ��位置し、空隙261の外形である長方形の一辺2 82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� �向における端面である)。また、図36に示す� �面図上において、永久磁石231の外形である� �方形の四辺の内の、辺281の反対側に位置す� �辺の一部が、空隙261の外形である長方形の� �辺の内の、辺282の反対側に位置する辺と合� �する。辺281に隣接する、永久磁石231の残り� �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� ��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� ��空隙260に接し且つその一端面の残部はロー� ��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� �接し且つそれらの一端面の残部はロータ積� �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� �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、� �久磁石の厚みを永久磁石の両極間方向にお� �る長さと捉える。一方において、永久磁石� �幅をZ軸方向における永久磁石の長さと捉え� ��。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� �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� �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� �。更に、Z軸方向における空隙の長さを「空� ��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� ��おける永久磁石231の厚みであり、Lm’は、Z� ��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� ��であり、La’は、Z軸方向における空隙260の� ��さである。

 更に、XY座標面上における空隙260の外周� �の円周長の1/4をW’とおく。そうすると、上� ��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� �えた磁気回路に関する式が成立する。この� �め、(Lm’+La’)に対する空隙幅La’の比率(即� ��、La’/(Lm’+La’))を空隙幅比率として、且� �、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� �厚み比率の設定方法を適用すればよい。即� �、「Ta’≦0.5×Tm’」が成立するような空隙� �内周積層鉄心-外周積層鉄心間に配置すると� ��に、空隙幅比率に応じて空隙厚み比率の下� ��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� �タ端部に配置しているが、その空隙をZ軸方� ��に平行移動させてもよい。このような変形� ��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� ��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232 B、永久磁石233A及び233B、永久磁石234A及び234B� ��分割される(永久磁石232A、232B、234A及び234B� �下記図37において不図示)。第7変形構造に係� ��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22 0aの内周積層鉄心240aと外周積層鉄心250aとの� �に、Z軸上に円心を有する円筒形状の空隙290� ��配置されることになり、且つ、その空隙290� ��、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)。� ��37に示す断面図上において、符号291が付さ� �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2 90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� ��合計値として取り扱われる。Tm’は、Z軸に� ��交する方向における永久磁石231A又は231Bの� �みである。Ta’は、Z軸に直交する方向にお� �る空隙290の厚みであり、La’は、Z軸方向に� �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� ��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� ��ロータ220の外観平面図である。ロータ220の� ��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� �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� �260との境界面を通る断面である。ロータ220� �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� ��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� �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、� �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� ��、第1実施形態に係る第6変形構造と同様、� �ータに界磁巻線部を設けると共に、ロータ� �周鉄心-ロータ外周鉄心間の空隙をロータ積� ��鉄心に接合された突出部間に設けるように� ��てもよい。このような変形を施したモータ2 01の変形構造を第8変形構造と呼ぶ。第8変形� �造を説明する(特に述べない事項は、上述し� ��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� �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� �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� ��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� ��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� �231b~234bと、を有し、それらを互いに結合す� �ことによって形成される。ロータ220bにおけ� ��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(� ��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� ��夫々符号220b、231b~234b、240b及び250bに読み替� ��たならば、図40におけるロータ220fの断面構� ��は、図35(a)におけるロータ220の断面構造と� �じであり、矛盾なき限り、ロータ220に対し� �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� �周積層鉄心-外周積層鉄心間に空隙が設けら� ��ていたが、第8変形構造では内周積層鉄心-� �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� �石の第1及び第2端面とZ軸方向におけるロー� �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’� ��拡大したものが永久磁石231bである(永久磁� �232b~234bについても同様)。永久磁石の幅が異� ��る点を除き、永久磁石231b~234bの形状、磁極� ��び原点Oとの位置関係等は、永久磁石231~234� �それらと同様である。永久磁石の幅の拡大� �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� ��と変形される。第8変形構造では、Z軸に直� �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、� ��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� ��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� �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)� ��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� �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� ��、Y軸上の正の点及びX軸上の正の点を夫々� �点及び終点とし且つZ軸上にて折れ曲がる折� ��線である。また、図41(b)の破線561に沿った� �面、即ちY軸に沿った断面(以下、Y断面とい� �)、及び、図41(b)の破線562に沿った断面、即� �X軸に沿った断面(以下、X断面という)を想定� ��る。

 上述のようなロータ積層鉄心及び永久磁� ��231b~234bを結合して成る部材に対して、更に� ��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� ��界磁巻線部のD-D’断面とを合成した図であ� ��。但し、図42並びに後述の図44、図45及び図4 8におけるステータ210の断面は、第6変形構造� ��同様(図26も参照)、ステータ210の2つのティ� �ス213の中心と原点Oとを通る線に沿ったステ� ��タ210の断面である。図42の左右方向はZ軸方� ��と合致し、図42の右側がZ軸の正側に対応す� ��(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231 bとステータ210間には内周積層鉄心240bの一部� ��存在するが、それを、内周鉄心本体241と呼� ��。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、� �れを内周鉄心本体242と呼ぶ(図39も参照)。ま� ��、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� ��るが、それを外周鉄心本体251と呼ぶ。同様� ��、永久磁石232bの外周側に外周積層鉄心250b� �他の一部が存在するが、それを外周鉄心本� �252と呼ぶ(図39も参照)。更に、内周鉄心本体2 41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� �は、夫々、永久磁石231b内における磁束の向� ��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� �加えて、ロータ積層鉄心に接合された突出� �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� �が示されている。ロータ220bにおける界磁巻� ��部は、ロータ220bの右側(Z軸方向における正� ��)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� �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� ��220bの外観平面図を示す。図43(a)において、� ��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35 1aa、341aa及び352aaが付された破線領域内に、� �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� ��面図を示す。図43(b)において、斜線が付さ� �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� �付された破線領域内に、夫々、突出部342b及� ��352bが位置する。また、突出部352bは、永久� �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� ��て、突出部342bと突出部352bとの間には空隙35 2b _AG が存在する。Z軸の負側から見た場合におい� �、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� ��体251、内周鉄心本体241及び外周鉄心本体252� ��、回転軸方向における端面から、回転軸方� ��に突出するように外周鉄心本体251、内周鉄� ��本体241及び外周鉄心本体252に接合される。� ��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� �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24 2及び外周鉄心本体252の、回転軸方向におけ� �端面から、回転軸方向に突出するように内� �鉄心本体242及び外周鉄心本体252に接合され� �。但し、突出部342b及び352bは、夫々、Z軸の� �側における、内周鉄心本体242及び外周鉄心� �体252の端面からZ軸の負の方向側に突出して� ��る。

 尚、突出部351a及び341aが形成されたこと� �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� ��磁石231bもZ軸の正側に突出させるようにし� �もよい。

 また、図44に、ステータ210の断面とロータ22 0b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� �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� ��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� ��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� �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� ��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� �界磁巻線ヨークFY’の、XY座標面上への投影� ��を示す。

 界磁巻線ヨークFY’は、Z軸上に円心を有� ��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� �けたものである。穴部335には、ステータ210� �配置される。分解して考えると、界磁巻線� �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� �えることができる。外周ヨーク部333におけ� �内周側の円の半径は内周ヨーク部331におけ� �外周側の円の半径よりも大きい。Z軸方向か� ��見た場合において、外周ヨーク部333は内周� ��ーク部331の外側に位置し、スロット332は外� ��ヨーク部333と内周ヨーク部331との間に位置� ��ている。界磁巻線FW’は、内周ヨーク部331� �外周に沿ってZ軸周りに巻かれる。また、内� ��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� ��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� �の粉末を圧縮成型した圧粉磁性材料から成� �(但し、それらを鋼板によって形成するよう� ��してもよい)。

 図42を再び参照して、上記のように構成� �れた界磁巻線部の配置位置を詳細に説明す� �。Z軸方向から見た場合において、界磁巻線� ��ークFY’の外周の半径(換言すれば、外周ヨ� ��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� �る。

 そして、界磁巻線ヨークFY’の内周ヨー� �部331と突出部341aとが対向し、且つ、界磁巻� ��ヨークFY’の外周ヨーク部333と突出部351a及� ��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� ��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’� �電流を流すことによって発生した磁束の磁� �及び該磁束の向きを表している。但し、矢� �付き折れ線580における向きは、永久磁石に� �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� �構造では、永久磁石231b~234bから得られる界� �磁束が主界磁磁束(第1界磁磁束)として機能� �、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� �にして副界磁磁束の磁路を考える。この磁� �は、底面ヨーク部330を起点として、外周ヨ� �ク部333の内の、突出部351aに面している部分� ��、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� �ーク部331の内の、突出部341aに面している部� ��と、内周ヨーク部331と、を通じて底面ヨー� ��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� ��240bと内周積層鉄心240bに接合される突出部(3 41a及び342bを含む)は、全体として「ロータ内� ��鉄心」を形成し、外周鉄心本体251及び252を� ��む外周積層鉄心250bと外周積層鉄心250bに接� �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� �造に係るモータ(図25等参照)と同様の作用及� ��効果が得られる。

 また、上述の説明から明らかであるが、内� ��鉄心本体242の界磁巻線ヨークFY’側には、� �出部を設けない(図48参照)。仮に、内周鉄心� ��体242の界磁巻線ヨークFY’側にも突出部を� �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、� ��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、X Y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� ��形図形を成す。第1及び第2の扇型の中心角� �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� �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� ��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� ��さ(即ち、Z軸に直交する方向における永久� �石231bの長さ)を永久磁石の厚みTm’と捉える� ��共に、Z軸方向における永久磁石232bの長さ� �永久磁石の幅Lm’と捉える。更に、Z軸に直� �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� �隙352b _AG の長さである。

 そして、(Lm’+La’)に対する空隙幅La’の比� ��(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� �、Ta’/Tm’)を空隙厚み比率として取り扱っ� �上で、第1実施形態の基本構造の説明で述べ� ��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� ��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� ��すると共に、空隙幅比率に応じて空隙厚み� ��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� ��テムの全体ブロック図である。モータ駆動� ��ステムは、モータ401と、モータ401内の電機� ��巻線に電機子電流を供給してモータ401内の� ��ータを回転駆動するPWM(Pulse Width Modulation)� �ンバータ402と、マイクロコンピュータ等に� �形成され、PWMインバータ402を介してモータ40 1を制御するモータ制御装置403と、電流セン� �411と、を備える。

 モータ401は、第1又は第2実施形態で述べ� �任意のモータである。モータ401に設けられ� �ステータの各スロットにコイルを巻き、各� �イルを適切に結線することにより、モータ40 1は、三相式の永久磁石同期モータとして形� �される。このため、モータ401のステータに� �、U相、V相及びW相の電機子巻線が設けられ� �。

 PWMインバータ402からモータ401に供給され� ��電機子電流のU相成分、V相成分及びW相成分� ��、電流センサ411によって検出され、モータ� ��御装置403は、その検出値に基づいて、モー� ��410におけるロータが所望の回転速度で回転� ��るようにPWMインバータ402を制御する。PWMイ� ��バータ402は、その制御に従った三相交流電� ��を電機子巻線に印加して電機子電流を供給� ��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� ��御する際、公知のベクトル制御を用いるこ� ��ができる。そして、モータ401の高速回転域� ��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� �)を用いた検出処理によって導出される。ま� ��、界磁巻線部を有するモータ(上述の第6又� �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� �を供給するための界磁回路をPWMインバータ40 2に含めておき、電機子巻線に負のd軸電流を� ��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� ��れる機器として、圧縮機500を図50に示す。� �50は、圧縮機500の外観図である。図49に示す� ��ータ駆動システムが、圧縮機500に設けられ� ��。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� �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� ��様々な数値に変更することができる。上述� ��実施形態の変形例または注釈事項として、� ��下に、注釈1~注釈3を記す。各注釈に記載し� ��内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせ� ��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� ��に設けられる複数の永久磁石の形状及び大� ��さがその複数の永久磁石間で全て同じであ� ��場合を上述したが、それらは複数の永久磁� ��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� �数の空隙の形状及び大きさがその複数の空� �間で全て同じである場合を上述したが、そ� �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� �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� ��、例えば汎用マイクロコンピュータ等に組� ��込まれたソフトウェア(プログラム)を用い� �実現される。勿論、ソフトウェア(プログラ� ��)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。