CN101978576A - 永久磁铁同步电动机 - Google Patents

Abstract

转子(20)在转子层叠铁心内嵌入4极的永久磁铁((31A)等)形成。在内周层叠铁心与外周层叠铁心之间配置永久磁铁和空隙((31G)等)。1极的永久磁铁由两个永久磁铁(例如(31A)及(31B))形成，在这两个永久磁铁之间配置空隙(例如(31G))。永久磁铁的两极间方向上的的厚度为(T_M)时，d轴方向上空隙的厚度为(1/2×T_M)以下。

Description

永久磁铁同步电动机

技术领域

本发明涉及具备设有永久磁铁的转子的永久磁铁同步电动机，以及利用该电动机的电动机驱动系统及压缩机。

背景技术

在以嵌入磁铁同步电动机为代表的凸极机的高速旋转时，以往在永久磁铁中，为了抑制电动机内产生的感应电压的过度上升，通常使用弱励磁控制(弱磁通控制)。

弱励磁控制通过使负的d轴电流流过电枢绕组而实现，但是流动d轴电流时，电枢绕组中的铜损增加。因此，需要一种以更少的d轴电流实现必要的弱励磁效果的技术。

已经提出有几个以减少d轴电流为目的的电动机结构。例如，在以往结构中，在转子铁心的圆周表面上以异极的关系配置四个永久磁铁，然后，以覆盖这四个永久磁铁的表面的方式设置磁性环(例如，参照下述专利文献1)。但是，设有此种磁性环时，相邻的永久磁铁的边界附近容易产生磁饱和。产生磁饱和时，d轴电感下降，因此，需要增加d轴电流(众所周知，弱励磁磁通由d轴电感与d轴电流的积表示)。即，在该现有结构中，d轴电流的降低效果少。

另外，在其它的现有结构中，在转子铁心的周面配置多个永久磁铁且在永久磁铁的表面上配置磁性材料，在转子铁心的轴向两端部设置磁性材料制的端环(例如，参照下述专利文献2)。该端环隔着空隙，与永久磁铁及磁性材料相面对。但是，在该结构中，容易产生在端环与永久磁铁之间起作用的磁吸引力引起的结构强度上的问题。因此，需要开发其它的电动机结构。

专利文献1：日本特开平7-298587号公报

专利文献2：日本特开平8-51751号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种对降低弱励磁控制(弱磁通控制)所需的d轴电流起作用的永久磁铁同步电动机、电动机驱动系统及压缩机。

本发明的永久磁铁同步电动机的特征在于，具备：将永久磁铁、位于比所述永久磁铁靠内周侧的内周铁心及位于比所述永久磁铁靠外周侧的外周铁心结合而形成的转子，其中，所述永久磁铁的两极间方向上的所述永久磁铁的厚度为T_M时，在所述转子的所述外周铁心与所述内周铁心之间设置具有(1/2×T_M)以下厚度的空隙。

通过将上述空隙配置在转子的内周铁心-外周铁心之间，能够有效地增大d轴方向的磁导率，从而能够减少用于得到必要的弱励磁磁通的d轴电流。而且，由d轴电流产生的磁通优先通过空隙侧，因此难以对永久磁铁自身施加退磁磁场，从而抑制永久磁铁产生减磁的情况。

具体来说，例如，沿所述永久磁铁产生的磁通的方向取得d轴时，形成为(1/2×T_M)以下的所述空隙的厚度为所述d轴方向上的所述空隙的长度。

此外，例如，所述空隙的厚度为(1/5×T_M)以下。

另外，具体来说，例如，所述永久磁铁包含两个永久磁铁而形成1极的永久磁铁，所述空隙配置在所述两个永久磁铁间。

或者，例如，所述空隙和与所述永久磁铁的两极间方向正交的方向上的所述永久磁铁的端面相邻。

另外，例如，所述空隙和所述永久磁铁在与所述转子的旋转轴正交的面方向上相邻。

并且，例如，所述转子的所述内周铁心及所述外周铁心通过沿所述转子的旋转轴方向层叠多个钢板而形成。

由此，经由空隙的永久磁铁的磁通的磁回路形成在钢板的面方向上，与该磁回路形成在钢板的层叠方向上的情况相比，铁损减少。

另外，也可以是，例如，所述转子的所述内周铁心及所述外周铁心分别包含通过沿所述转子的旋转轴方向层叠多个钢板形成的内周层叠铁心及外周层叠铁心，分别相对于所述内周层叠铁心及所述外周层叠铁心结合由沿所述转子的旋转轴方向突出的磁性材料构成的突出部，所述空隙设置在与所述内周层叠铁心结合的突出部和与所述外周层叠铁心结合的突出部之间。

并且，例如，该永久磁铁同步电动机还具备配置在所述转子的旋转轴方向上的端部外侧的由励磁绕组及励磁绕组磁轭构成的励磁绕组部，在所述励磁绕组部产生磁通时，所述永久磁铁的产生磁通和所述励磁绕组部的产生磁通的合成磁通与该永久磁铁同步电动机的定子的电枢绕组交链。

根据此种结构，能够使用励磁绕组部进行弱励磁控制。

更具体来说，例如，以使所述励磁绕组部的产生磁通经由所述突出部及空隙且通过经由所述励磁绕组磁轭、所述内周铁心及所述外周铁心以及所述定子的铁心的磁路的方式形成所述突出部及所述励磁绕组磁轭。

由此，由于励磁绕组部产生的磁场不直接施加给永久磁铁自身，因而没有永久磁铁减磁的担心。

本发明的电动机驱动系统的特征在于，具备：上述的永久磁铁同步电动机；向所述电动机供给电枢电流而驱动所述电动机的逆变器；通过所述逆变器控制所述电动机的电动机控制装置。

本发明的压缩机以上述电动机驱动系统所具备的永久磁铁同步电动机的旋转力为驱动源。

发明效果

根据本发明，能够提供一种对降低弱励磁控制(弱磁通控制)所需的d轴电流起作用的永久磁铁同步电动机、电动机驱动系统及压缩机。

本发明的意义及效果通过以下所示的实施方式的说明而更加明确。但是，以下的实施方式只不过是本发明的一个实施方式，本发明及各结构要件的用语的意义并不受以下的实施方式所记载的内容的限制。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的电动机的整体结构的简图。

图2是从图1的转子的旋转轴方向观察到的图1的定子的外观平面图。

图3是从与图1的转子的旋转轴正交的方向观察到的转子的外观平面图。

图4是沿图1的转子的旋转轴的正交面的转子的剖视图。

图5是用于说明图4的剖视图上的永久磁铁及空隙的配置位置的图。

图6是用于说明本发明的第一实施方式的永久磁铁及空隙的宽度及厚度的图。

图7是示出设置在图4的转子内的1极的永久磁铁的图。

图8是示出本发明的第一实施方式的由d轴电流产生的磁通的磁路的图。

图9是本发明的第一实施方式的由d轴电流产生的磁通的磁回路图。

图10是示出本发明的第一实施方式的d轴方向上的磁导率的空隙厚度比率依存性的图形。

图11是示出磁铁磁通经由与永久磁铁相邻的空隙而泄漏的情况的图。

图12是本发明的第一实施方式的采用了第一变形结构的转子的剖视图(沿旋转轴的正交面的剖视图)。

图13是本发明的第一实施方式的采用了第二变形结构的转子的剖视图(沿旋转轴的正交面的剖视图)。

图14是将图13的转子的结构进一步变形了的转子的剖视图(沿旋转轴的正交面的剖视图)。

图15是本发明的第一实施方式的采用了第三变形结构的转子的剖视图(沿旋转轴的正交面的剖视图)。

图16(a)及(b)是本发明的第一实施方式的采用了第四变形结构的转子的从与旋转轴正交的方向观察到的外观平面图及从旋转轴方向观察到的外观平面图。

图17(a)及(b)分别是横穿永久磁铁且沿旋转轴的正交面的第四变形结构的转子的剖视图，是沿该旋转轴的平行面的该转子的剖视图。

图18是横穿空隙的沿旋转轴的正交面的图16的转子的剖视图(A₁-A₁剖视图)。

图19是用于说明第四变形结构的转子中的永久磁铁及空隙的宽度及厚度的图。

图20是示出第四变形结构的磁铁磁通经由与永久磁铁相邻的空隙而泄漏的情况的图。

图21是本发明的第一实施方式的采用了第五变形结构的转子的剖视图(沿旋转轴的平行面的剖视图)。

图22是列举本发明的第一实施方式的第六变形结构的电动机的结构要素名称的图。

图23(a)及(b)分别是从转子的旋转轴方向观察到的第六变形结构的转子的外观平面图。

图24(a)及(b)是第六变形结构的转子的沿旋转轴的正交面的剖视图。

图25是第六变形结构的将定子的剖面和转子及励磁绕组部的C-C’剖面合成的图。

图26是用于说明图25中的定子的剖面的图。

图27(a)及(b)分别是从与转子的旋转轴一致的Z轴的正侧及负侧观察到的第六变形结构的转子的外观平面图。

图28是第六变形结构的将定子的剖面和转子及励磁绕组部的Y剖面合成的图。

图29是第六变形结构的将定子的剖面和转子及励磁绕组部的X剖面合成的图。

图30(a)及(b)分别是第六变形结构的励磁绕组磁轭的外观立体图及分解图。

图31是从转子的旋转轴方向与附图的左右方向一致的视点观察到的第六变形结构的励磁绕组磁轭的外观图。

图32是第六变形结构的励磁绕组磁轭的向XY坐标面上投影的投影图。

图33是用于说明第六变形结构的励磁绕组部的产生磁通的磁路的图。

图34是示出本发明的第二实施方式的电动机的整体结构的简图。

图35(a)及(b)分别是横穿永久磁铁且沿旋转轴的正交面的第二实施方式的转子的剖视图，是横穿空隙且沿旋转轴的正交面的该转子的剖视图。

图36是沿旋转轴的平行面的图34的转子及定子的剖视图。

图37是本发明的第二实施方式的采用了第七变形结构的转子及定子的剖视图(沿旋转轴的平行面的剖视图)。

图38是用于说明第七变形结构的转子的结构的图，是从旋转轴与附图的左右方向一致的方向观察到的图36的转子的外观平面图。

图39是列举本发明的第二实施方式的第八变形结构的电动机的结构要素名称的图。

图40是第八变形结构的转子的沿旋转轴的正交面的剖视图。

图41(a)及(b)分别是从转子的旋转轴方向观察到的第八变形结构的转子的外观平面图。

图42是第八变形结构的将定子的剖面和转子及励磁绕组部的D-D’剖面合成的图。

图43(a)及(b)分别是从与转子的旋转轴一致的Z轴的正侧及负侧观察到的第八变形结构的转子的外观平面图。

图44是第八变形结构的将定子的剖面和转子及励磁绕组部的Y剖面合成的图。

图45是第八变形结构的将定子的剖面和转子及励磁绕组部的X剖面合成的图。

图46是从转子的旋转轴方向与附图的左右方向一致的视点观察到的第八变形结构的励磁绕组磁轭的外观图。

图47是第八变形结构的励磁绕组磁轭的向XY坐标面上投影的投影图。

图48是用于说明第八变形结构的励磁绕组部的产生磁通的磁路的图。

图49是本发明的第三实施方式的电动机驱动系统的整体框图。

图50是搭载图49的电动机驱动系统的压缩机的外观图。

符号说明：

1、201电动机

10、210定子

11、211定子层叠铁心

12、212槽

13、213齿

20、20a～20f、220、220a、220b转子

21、21a～21f转子层叠铁心

22轴

31A～34A、31B～34B、31Aa～34Aa、31Ba～34Ba、231～234等 永久磁铁

31G～34G、31Ga～34Ga、260等 空隙

25～28、25a～28a非磁性体

240内周层叠铁心

250外周层叠铁心

500压缩机

具体实施方式

以下，参照附图，具体说明本发明的实施方式。在参照的各图中，对相同部分附加相同符号，原则上省略相同部分的重复说明。此外，在表示电动机结构的附图中，为了简化图示或方便，省略外观上出现的部位的一部分的图示。

<第一实施方式>

说明本发明的第一实施方式的电动机1的结构。图1是示出电动机1的整体结构的简图。电动机1是具有将永久磁铁嵌入铁心内而形成的转子20和固定配置在转子20外侧的定子10的永久磁铁同步电动机，尤其是被称为嵌入磁铁同步电动机。转子20由于配置在定子10的内侧，因此转子20是内转子，电动机1被称为内转子型电动机。图1是从转子20的旋转轴方向观察到的电动机1的外观平面图，图2是从转子20的旋转轴方向观察到的定子10的外观平面图。而且，图3是从与转子20的旋转轴正交的方向观察到的转子20的外观平面图。

在转子20的中心部配置沿旋转轴方向延伸的圆柱状的轴22，转子20与轴22成为一体而在定子10内旋转。能够将轴22作为转子20的结构要素。此外，在图1及图2中，为了便于图示，在定子10的部件及包含轴22的转子20的部件所存在的部分上添加了花纹。以下，以转子20的旋转轴为Z轴。

定子10具有通过将磁性材料(强磁性体)即钢板(硅钢板等)沿转子20的旋转轴方向层叠多张而形成的定子层叠铁心11，定子层叠铁心11上交替形成有六个槽12和向内周方向突出的六个齿13。并且，利用用于配置线圈的槽12，通过绕各齿13卷绕线圈(在图2中未图示)而形成定子10的电枢绕组。即，定子10是所谓6线圈集中卷绕定子。此外需要说明的是，槽数、齿数及线圈数也可以是6以外的数目。

图4是沿与Z轴正交的任意面的转子20的剖视图，即，是转子20的A-A’剖视图(参照图3)。相对于剖面位置的Z轴方向上的变化，转子20的剖面结构不变。

转子20具有：通过将在Z轴上具有圆心的圆盘状的钢板隔着绝缘膜沿Z轴方向层叠多张而形成的转子层叠铁心21；具有Z轴作为中心轴的圆柱状的轴22；板状的永久磁铁31A～34A及31B～34B；分别位于相邻的永久磁铁之间的非磁性体25～28。

在转子层叠铁心21上设置轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔，在轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔中分别插入轴22、永久磁铁31A～34A及31B～34B、以及非磁性体25～28，通过将它们相互结合固定而形成转子20。形成转子层叠铁心21的各钢板由磁性材料(强磁性体)构成，例如硅钢板。形成转子层叠铁心21的各钢板以形成上述轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔的方式成型为规定形状。

当前，原点O存在于图4的剖视图上的轴22的中心，定义由X轴、Y轴及Z轴构成的实际空间上的正交坐标系。X轴与Y轴及Z轴正交且Y轴与X轴及Z轴正交，X轴、Y轴及Z轴在原点O交叉。以原点O为边界，任意点的X轴坐标值的极性分类成正和负，且任意点的Y轴坐标值的极性分类成正和负。在包含图4及后述的图6、图11～图15、图17(a)、图18在内的沿XY坐标面的剖视图中，右侧及左侧分别对应于X轴的正侧及负侧，上侧及下侧分别对应于Y轴的正侧及负侧。

在XY坐标面上，转子层叠铁心21的截面形状(外周形状)是圆且该圆的中心与原点O一致，轴22的截面形状为圆且该圆的中心与原点O一致。转子层叠铁心21的外周圆由符号OC表示。

在XY坐标面上，永久磁铁31A～34A及31B～34B的各自的截面形状为长方形，永久磁铁32B及31A、永久磁铁31B及34A、永久磁铁34B及33A、以及永久磁铁33B及32A分别位于XY坐标面上的第一、第二、第三及第四象限。并且，永久磁铁31A及31B之间、永久磁铁32A及32B之间、永久磁铁33A及33B之间、以及永久磁铁34A及34B之间分别设有空隙31G、32G、33G及34G。即，永久磁铁未插入到转子层叠铁心21的永久磁铁插入孔的局部而空气位于此处。在XY坐标面上，空隙31G～34G的各自的截面形状为长方形。在XY坐标面上，在转子层叠铁心21的外周圆OC内且在轴22、永久磁铁31A～34A及31B～34B、空隙31G～34G及非磁性体25～28都不存在的部分上存在有形成转子层叠铁心21的磁性材料(钢板材料)。

参照图5，详细说明永久磁铁及空隙的配置位置。当前，假定位于XY坐标面上的点P_A1～P_A4、P_B1～P_B4、P_G3及P_G4，如下所述定义各点的XY坐标值。

在XY坐标面上，点P_A1～P_A4及P_G3位于第一象限内，点P_B1～P_B4及P_G4位于第二象限内。

点P_A1、P_A2、P_B1及P_B2的Y坐标值y₁相同，

点P_G3及P_G4的Y坐标值y₂相同，

点P_A3、P_A4、P_B3及P_B4的Y坐标值y₃相同，且y₁＞y₂＞y₃。

点P_A2及P_A3的X坐标值x₁相同，

点P_A1、P_A4及P_G3的X坐标值x₂相同，

点P_B2、P_B3及P_G4的X坐标值x₃相同，

点P_B1及P_B4的X坐标值x₄相同，且x₁＞x₂＞x₃＞x₄。

并且，以点P_A1～P_A4为四个顶点的长方形Q_A与以点P_B1～P_B4为四个顶点的长方形Q_B的形状及尺寸相同，长方形Q_A与长方形Q_B具有以Y轴为对称轴的线对称的关系。而且，以点P_B2、P_A1、P_G3及P_G4为四个顶点的长方形由Q_G表示。

在XY坐标面上，在长方形Q_A、Q_B及Q_G内分别配置永久磁铁31A、永久磁铁31B及空隙31G。即，永久磁铁31A、永久磁铁31B及空隙31G的截面形状即长方形分别与长方形Q_A、Q_B及Q_G一致。

永久磁铁31A～34A及31B～34B的形状及尺寸相同，空隙31G～34G的形状及尺寸相同。并且，转子20具有以X轴为对称轴的线对称的结构且具有以Y轴为对称轴的线对称的结构。即，

在将永久磁铁31A、31B及空隙31G的配置位置以Z轴为中心轴沿XY坐标面的顺时针方向旋转移动90度的位置上配置永久磁铁32A、32B及空隙32G，并且，

在将永久磁铁31A、31B及空隙31G的配置位置以Z轴为中心轴沿XY坐标面的顺时针方向旋转移动180度的位置上配置永久磁铁33A、33B及空隙33G，并且，

在将永久磁铁31A、31B及空隙31G的配置位置以Z轴为中心轴沿XY坐标面的顺时针方向旋转移动270度的位置上配置永久磁铁34A、34B及空隙34G。

各永久磁铁产生的磁通的方向与Z轴正交。并且，在XY坐标面上，

永久磁铁31A及31B的N极位于永久磁铁31A及31B内的各自的下侧，

永久磁铁32A及32B的N极位于永久磁铁32A及32B内的各自的右侧，

永久磁铁33A及33B的N极位于永久磁铁33A及33B内的各自的上侧，

永久磁铁34A及34B的N极位于永久磁铁34A及34B内的各自的左侧。

因此，永久磁铁31A、31B、33A及33B产生的磁通的方向相对于Y轴平行，并且，永久磁铁32A、32B、34A及34B产生的磁通的方向相对于X轴平行。

在XY坐标面上，非磁性体25～28的截面形状为三角形或三角形的类似形状，非磁性体25、26、27及28分别位于XY坐标面中的第一、第四、第三及第二象限。更具体来说，在XY坐标面上，

非磁性体25位于永久磁铁31A的右侧且永久磁铁32B的上侧，并且转子层叠铁心21的一部分即桥部夹设在包含永久磁铁31A及非磁性体25之间和永久磁铁32B及非磁性体25之间在内的非磁性体25的周边部，

非磁性体26位于永久磁铁33B的右侧且永久磁铁32A的下侧，并且转子层叠铁心21的一部分即桥部夹设在包含永久磁铁33B及非磁性体26之间和永久磁铁32A及非磁性体26之间在内的非磁性体26的周边部，

非磁性体27位于永久磁铁33A的左侧且永久磁铁34B的下侧，并且转子层叠铁心21的一部分即桥部夹设在包含永久磁铁33A及非磁性体27之间和永久磁铁34B及非磁性体27之间在内的非磁性体27的周边部，

非磁性体28位于永久磁铁31B的左侧且永久磁铁34A的上侧，并且转子层叠铁心21的一部分即桥部夹设在包含永久磁铁31B及非磁性体28之间和永久磁铁34A及非磁性体28之间在内的非磁性体28的周边部。

此外，空隙31G～34G的配置位置也可以比上述的配置位置向原点O侧移动。即也可以是例如，以上述的空隙31G的配置位置为基准，使空隙31G的配置位置稍向原点O侧平行移动。而且，也可以使转子层叠铁心21的一部分夹设在永久磁铁31A与空隙31G之间及/或永久磁铁31B与空隙31G之间(相对于永久磁铁32B及空隙32G等也同样)。

转子层叠铁心21大体分为：位于永久磁铁内周侧的内周层叠铁心；位于永久磁铁外周侧的外周层叠铁心；上述桥部。内周层叠铁心是指转子层叠铁心21中的位于比永久磁铁31A～34A及31B～34B靠原点O(Z轴)侧的部分，外周层叠铁心是指转子层叠铁心21中的位于比永久磁铁31A～34A及31B～34B靠外周圆OC侧的部分。

如上所述，在本实施方式的转子20中，在内周层叠铁心与外周层叠铁心之间且在一个连续的永久磁铁插入孔的局部设置空隙。并且，该空隙的厚度为永久磁铁的厚度的1/2以下。

[设置空隙的意义]

说明设置此种空隙的意义。通过隔着空隙相邻的两个永久磁铁(例如，31A和31B)形成1极的永久磁铁，整体上来说，在电动机1上设置4极的永久磁铁(即，电动机1的极数为4)。当前，如图6所示，形成1极的永久磁铁的两个永久磁铁的宽度为Wm₁及Wm₂。如此，1极的永久磁铁的总宽度Wm由Wm＝Wm₁+Wm₂表示。此外，永久磁铁的厚度为Tm。

在此，永久磁铁的厚度是永久磁铁的两极间方向上的永久磁铁的长度。永久磁铁的两极间方向是将该永久磁铁的N极与S极连结的方向。在本例中，永久磁铁的宽度是指永久磁铁的两极间方向的正交方向且XY坐标面上的永久磁铁的长度。

另外，沿着眼到的1极的永久磁铁产生的磁通的方向取得d轴。并且，将相对于该1极的永久磁铁设置的空隙的d轴方向上的长度称为“空隙的厚度”，由Ta表示。此外，将与空隙相关，与该空隙的厚度方向正交的方向且XY坐标面上的空隙的长度称为“空隙的宽度”，由Wa表示。

为了具体说明，着眼于通过永久磁铁31A及31B形成的1极的永久磁铁。如此，永久磁铁31A及31B的宽度(即，X轴方向上的长度)分别为Wm₁及Wm₂，永久磁铁31A及31B的各厚度(即，Y轴方向上的长度)为Tm。并且，空隙31G的宽度(即，X轴方向上的长度)为Wa，空隙31G的厚度(即，Y轴方向上的长度)为Ta。而且，将通过永久磁铁31A及31B形成的1极的永久磁铁称为永久磁铁31(参照图7)。

考虑到永久磁铁31附近的d轴方向的磁回路与永久磁铁31的磁阻Rm和空隙31G的磁阻Ra的并联回路等价的情况。因此，永久磁铁31附近的d轴方向的磁阻Rd由下述式(2)表示。磁阻Rm及Ra由式(1a)及(1b)表示。此外，考虑到将外周层叠铁心和内周层叠铁心连结的桥部(图4的非磁性体25及28附近的铁心部分)通过永久磁铁充分引起磁饱和的情况，因此将该桥部中的磁阻假定为充分大而将其忽视。

[式1]

$\mathrm{Rm}=\frac{\mathrm{Tm}}{{\mathrm{\&mu;}}_0\&CenterDot;\mathrm{Wm}\&CenterDot;L}---\left(1a\right)$

$\mathrm{Ra}=\frac{\mathrm{Ta}}{{\mathrm{\&mu;}}_0\&CenterDot;\mathrm{Wa}\&CenterDot;L}---\left(1b\right)$

[式2]

$\mathrm{Rd}=\frac{\mathrm{Rm}\&CenterDot;\mathrm{Ra}}{\mathrm{Rm}+\mathrm{Ra}}=\frac{\mathrm{Tm}\&CenterDot;\mathrm{Ta}}{{\mathrm{\&mu;}}_0\&CenterDot;(\mathrm{Ta}\&CenterDot;\mathrm{Wm}+\mathrm{Tm}\&CenterDot;\mathrm{Wa})\&CenterDot;L}---\left(2\right)$

在此，L为Z轴方向上的转子20的长度。在本例中，各永久磁铁(31A等)及各空隙(31G)的Z轴方向上的长度也为L。μ₀是真空的磁导率。空气及永久磁铁的相对磁导率大致为1，因此空隙内的空气的磁导率及永久磁铁的磁导率近似等于μ₀。

然而，在以嵌入磁铁同步电动机为代表的凸极机的高速旋转时，为了抑制从永久磁铁由来而在电动机内产生的感应电压的过度上升，通常使用弱励磁控制(弱磁通控制)。该弱励磁控制通过使负的d轴电流流过电枢绕组而实现。d轴电流是流过定子10的电枢绕组的电枢电流的d轴分量，具有负的极性的d轴电流沿减弱永久磁铁产生的电枢绕组的交链磁通的方向起作用。d轴电流由id表示。而且，将定子10的电枢绕组的电感的d轴分量称为d轴电感，由Ld表示。

通过使d轴电流流过电枢绕组而产生的磁通由Ld·id表示。而且，该磁通(Ld·id)被看作是通过d轴电流产生的磁通势Fd而在d轴方向的磁阻Rd及转子定子之间间隙的磁阻中流动的磁通。转子定子之间间隙是夹设在转子20与定子10之间的机械性的空隙。

由于转子定子之间间隙存在于转子20的整周，因此如图8所示，通过磁通势Fd产生的磁通沿d轴方向通过经由2极的永久磁铁部分及两个转子定子之间间隙的磁路。此外，在图8中，仅将经由2极的永久磁铁部分及两个转子定子之间间隙的一个磁路用带箭头曲线表示(实际上，此种磁路以上下及左右对称的方式总共形成有四个)。因此，通过磁通势Fd产生的磁通Ld·id的磁回路能够由图9表示。在此，Rg表示一个转子定子之间间隙的磁阻。此外，由于定子层叠铁心及转子层叠铁心的相对磁导率具有充分大的值(例如，几百～几万)(后述的另一例也同样)，因此所述磁阻假定为充分小而将其忽视。

根据图9所示的磁回路，导出下述式(3a)。而且，通常，由于磁阻Rg相对于磁阻Rd充分小，因此能够将式(3a)近似成式(3b)。即，考虑到d轴电流产生的磁通Ld·id与Rd的倒数大致成比例。Rd的倒数为Pd时，Pd由下述式(4)表示。磁阻的倒数通常被称为磁导率。

[式3]

$\mathrm{Ld}\&CenterDot;\mathrm{id}=\frac{\mathrm{Fd}}{2\&CenterDot;(\mathrm{Rd}+\mathrm{Rg})}---\left(3a\right)$

$\mathrm{Ld}\&CenterDot;\mathrm{id}=\frac{\mathrm{Fd}}{2\&CenterDot;(\mathrm{Rd}+\mathrm{Rg})}\&ap;\frac{\mathrm{Fd}}{2\&CenterDot;\mathrm{Rd}}$ ∵Rd＞＞Rg    …(3b)

[式4]

$\mathrm{Pd}=\frac{1}{\mathrm{Rd}}=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_0\&CenterDot;L\&CenterDot;(\mathrm{Ta}\&CenterDot;\mathrm{Wm}+\mathrm{Tm}\&CenterDot;\mathrm{Wa})}{\mathrm{Tm}\&CenterDot;\mathrm{Ta}}---\left(4\right)$

$={\mathrm{\&mu;}}_0\&CenterDot;L\&CenterDot;(\mathrm{Wm}/\mathrm{Tm}+\mathrm{Wa}/\mathrm{Ta})$

以下将空隙宽度Wa相对于(Wm+Wa)的比率(即，Wa/(Wm+Wa))简称为空隙宽度比率，以下将空隙厚度Ta相对于Tm的比率(即，Ta/Tm)简称为空隙厚度比率。使空隙宽度比率和空隙厚度比率进行各种变化，基于式(4)计算d轴方向上的磁导率Pd的结果如图10所示。在图10的图形中，横轴表示空隙厚度比率，纵轴表示磁导率Pd。曲线CV₁、CV₂、CV₃及CV₄分别表示使空隙宽度比率分别为5％、10％、20％及30％时的磁导率Pd的空隙厚度比率依存性。其中，曲线CV₁、CV₂、CV₃及CV₄以使Ta＝Tm时的磁导率Pd成为1的方式分别被归一化。

从图10可知，随着空隙厚度比率从1开始减少而磁导率Pd增加。磁导率Pd大时，即使相同的d轴电流也能产生更多的d轴磁通(Ld·id)，因此能够有效地形成弱励磁控制。其结果是，在弱励磁控制中，能够减少d轴电流产生的损失(铜损)增加。例如，磁导率Pd增加两成时，能够将用于产生相同d轴磁通(弱励磁磁通)的d轴电流减少约两成，从而减少这些量的损失(铜损)。

以Ta＝Tm的情况为基准而减小空隙厚度比率时当然估计到磁导率Pd的增加，但是当空隙厚度比率接近1时磁导率Pd的增加效果及以此为起因的损失减少效果小。另一方面，从图10可知，磁导率Pd的增加在空隙厚度比率为0.5以下的区域越发显著。因此，在本实施方式中，采用空隙厚度比率为0.5以下的转子20的剖面结构。即，将“Ta≤0.5×Tm”成立的空隙配置在内周层叠铁心-外周层叠铁心之间。

另外，为了充分得到有益的损失减少效果，具体来说，例如，当空隙宽度比率为5％以下时优选使空隙厚度比率为0.2以下，当空隙宽度比率为10％以下时优选使空隙厚度比率为0.3以下，当空隙宽度比率为20％以下时优选使空隙厚度比率为0.4以下，当空隙宽度比率为30％以下时优选使空隙厚度比率为0.5以下。其中，在空隙宽度比率比较大的情况下而空隙厚度比率过小时，磁导率Pd过大而对磁铁磁通的泄漏的影响增大(永久磁铁的产生磁通经由沿图11的虚线箭头LK₁的泄漏磁回路泄漏)。因此，优选根据空隙宽度比率来设定空隙厚度比率的下限。例如，当空隙宽度比率为20％以上时，空隙厚度比率优选0.1～0.2以上。

如上所述，通过将满足“Ta≤0.5×Tm”的空隙配置在内周层叠铁心-外周层叠铁心之间，能够有效地增大d轴方向的磁导率，从而能够减少用于得到必要的弱励磁磁通的d轴电流。其结果是，能够减少高速旋转时的损失(铜损)。而且，由于通过d轴电流产生的磁通优先通过与永久磁铁相邻的空隙侧，因此退磁磁场难以施加给永久磁铁自身，从而抑制永久磁铁产生减磁的情况。

此外，采用在内周层叠铁心-外周层叠铁心之间配置空隙的转子结构时，考虑磁铁磁通经由该空隙泄漏的影响，通常，多使该空隙的厚度与永久磁铁的厚度相同。为了将应该与该空隙相邻的永久磁铁配置在希望的位置(为了永久磁铁的所谓“定位”)，以往可能也有使空隙的厚度比永久磁铁的厚度薄一些的情况，但是考虑到对磁铁磁通泄漏的影响，将空隙的厚度积极地形成为永久磁铁的厚度的一半以下的想法在以往并不存在。

能够对电动机1的结构的一部分进行变形。作为电动机1的结构变形例，以下，说明第一～第六变形结构。即使采用第一～第六变形结构的电动机结构，也能得到上述同样的作用及效果。此外，以下将未实施变形的上述电动机1的结构称为“电动机1的基本结构”或简称为“基本结构”。

在各变形结构的说明中，尤其着眼于与基本结构的不同点。在各变形结构的说明中，尤其是相对于未叙述的技术事项，适用(或能够适用)基本结构。此外，将在基本结构的说明中记载的事项适用于各变形结构时，适当忽视同一名称的部位间的符号的差别。例如，在第一变形结构的说明中，相对于转子的符号使用20a，但是将在基本结构的说明中记载的事项适用于第一变形结构时，根据需要可以忽视符号20与20a间的差别。

[第一变形结构]

说明第一变形结构。在第一变形结构中，电动机1的基本结构的转子20的剖面结构被变形。将进行了该变形的转子称为转子20a。转子20a的旋转轴为Z轴。图12是沿与Z轴正交的任意面的转子20a的剖视图。相对于剖面位置的Z轴方向上的变化，转子20a的剖面结构不变。

转子20a具有：与基本结构的转子层叠铁心21同样形成的转子层叠铁心21a；具有Z轴作为中心轴的圆柱状的轴22；板状的永久磁铁31Aa～34Aa及31Ba～34Ba；非磁性体25a～28a。转子层叠铁心21a上设有轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔，在轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔中分别插入轴22、永久磁铁31Aa～34Aa及31Ba～34Ba、以及非磁性体25a～28a，通过将它们相互结合固定而形成转子20a。

以X轴、Y轴及Z轴为坐标轴的正交坐标系的原点O存在于图12的剖视图上的轴22的中心。图12是沿XY坐标面的转子20a的剖视图。在XY坐标面上，转子层叠铁心21a的截面形状(外周形状)为圆且该圆的中心与原点O一致，轴22的截面形状为圆且该圆的中心与原点O一致。转子层叠铁心21a的外周圆OC与基本结构中的转子层叠铁心21的外圆周致。

转子20a是将基本结构中的转子层叠铁心21、永久磁铁31A～34A及31B～34B、非磁性体25～28、以及空隙31G～34G分别置换成转子层叠铁心21a、永久磁铁31Aa～34Aa及31Ba～34Ba、非磁性体25a～28a、以及空隙31Ga～34Ga的部件。

在XY坐标面上，各永久磁铁的截面形状为长方形。在永久磁铁31Aa及31Ba之间、永久磁铁32Aa及32Ba之间、永久磁铁33Aa及33Ba之间、以及永久磁铁34Aa及34Ba之间分别设置空隙31Ga、32Ga、33Ga及34Ga。在XY坐标面上，空隙31Ga～34Ga的各自的截面形状为长方形。在XY坐标面上，在转子层叠铁心21a的外周圆OC内且在轴、永久磁铁、空隙及非磁性体都不存在的部分上存在有形成转子层叠铁心21a的磁性材料(钢板材料)。

为了简化说明，使基本结构中的各永久磁铁的形状及尺寸与第一变形结构中的各永久磁铁的形状及尺寸相同。在XY坐标面中，在将基本结构中的永久磁铁31A的配置位置以永久磁铁31A的中心为旋转轴绕逆时针方向旋转角度ε的位置上配置永久磁铁31Aa，并且，在将基本结构中的永久磁铁31B的配置位置以永久磁铁31B的中心为旋转轴绕顺时针方向旋转角度ε的位置上配置永久磁铁31Ba(在此，0°＜ε＜90°，例如，10°＜ε＜40°)。空隙31Ga以在Y轴上具有中心的方式配置在永久磁铁31Aa及31Ba之间。在XY坐标面上，假定为以永久磁铁31Aa的截面形状即长方形的四边中的最接近原点O的边61的两端点和永久磁铁31Ba的截面形状即长方形的四边中的最接近原点O的边62的两端点为顶点的梯形时，例如，空隙31Ga位于该梯形内。而且，在永久磁铁31Aa与空隙31Ga之间、以及永久磁铁31Ba与空隙31Ga之间分别存在有将内周层叠铁心和外周层叠铁心连结的转子层叠铁心21a的一部分。

并且，转子20a具有以X轴为对称轴的线对称的结构且具有以Y轴为对称轴的线对称的结构。即，在将永久磁铁31Aa、31Ba及空隙31Ga的配置位置以Z轴为中心轴绕XY坐标面的顺时针方向旋转移动90度、180度、270度的位置上分别配置有永久磁铁32Aa、32Ba及空隙32Ga、永久磁铁33Aa、33Ba及空隙33Ga、永久磁铁34Aa、34Ba及空隙34Ga。

各永久磁铁所产生的磁通的方向与Z轴正交。通过永久磁铁31Aa及31Ba，通过永久磁铁32Aa及32Ba，通过永久磁铁33Aa及33Ba，通过永久磁铁34Aa及34Ba，分别形成1极的永久磁铁。通过永久磁铁31Aa及31Ba产生的1极的永久磁铁的磁通的方向和通过永久磁铁33Aa及33Ba产生的1极的永久磁铁的磁通的方向相对于Y轴平行。通过永久磁铁32Aa及32Ba产生的1极的永久磁铁的磁通的方向和通过永久磁铁34Aa及34Ba产生的1极的永久磁铁的磁通的方向相对于X轴平行。

XY坐标面上的非磁性体25a～28a的配置位置与基本结构的非磁性体25～28的配置位置大致相同，但是随着永久磁铁相对于X轴或Y轴倾斜，而非磁性体25a～28a的形状从基本结构的形状开始适当变更。

着眼于通过永久磁铁31Aa及31Ba形成的1极的永久磁铁时，永久磁铁31Aa及31Ba的宽度分别为Wm₁及Wm₂，且永久磁铁31Aa及31Ba的各厚度为Tm，且Y轴及X轴方向上的空隙31a的长度分别为Ta及Wa，基本结构中所述的空隙厚度比率的设定方法也适用于第一变形结构。此外，由于考虑到了存在于永久磁铁31Aa与空隙31Ga之间及永久磁铁31Ba与空隙31Ga之间的铁心部分由于永久磁铁而充分产生磁饱和的情况，因此在设定空隙厚度比率时，可以忽视该存在。

[第二变形结构]

第一变形结构还能进行如下变形。实施进一步变形的变形结构为第二变形结构，第二变形结构的转子称为转子20b。转子20b的旋转轴为Z轴。图13是沿与Z轴正交的任意面的转子20b的剖视图。相对于剖面位置的Z轴方向上的变化，转子20b的剖面结构不变。在第二变形结构中未特别叙述的事项，适用第一变形结构的记载。

转子20b具有：与基本结构的转子层叠铁心21同样形成的转子层叠铁心21b；具有Z轴作为中心轴的圆柱状的轴22；板状的永久磁铁31Aa～34Aa及31Ba～34Ba；非磁性体25a～28a。

以X轴、Y轴及Z轴为坐标轴的正交坐标系的原点O存在于图13的剖视图上的轴22的中心。图13是沿XY坐标面的转子20b的剖视图。在XY坐标面上，转子层叠铁心21b的截面形状(外周形状)为圆且该圆的中心与原点O一致，轴22的截面形状为圆且该圆的中心与原点O一致。转子层叠铁心21b的外周圆OC与基本结构中的转子层叠铁心21的外周圆一致。

转子20b中的转子层叠铁心21b上设有空隙31G_A～34G_A及31G_B～34G_B。将图12的转子20a中的空隙31Ga、32Ga、33Ga、34Ga分别置换成空隙31G_A及31G_B、空隙32G_A及32G_B、空隙33G_A及33G_B、空隙34G_A及34G_B而形成的转子相当于转子20b。转子层叠铁心21b内的永久磁铁、非磁性体的形状、尺寸及配置位置与图12的转子层叠铁心21a内的这些参数相同。在XY坐标面上，在转子层叠铁心21b的外周圆OC内且在轴、永久磁铁、空隙及非磁性体都不存在的部分上存在有形成转子层叠铁心21b的磁性材料(钢板材料)。

如第变形结构所述，在XY坐标面上，假定为以边61的两端点和边62的两端点为顶点的梯形时，例如，空隙31G_A及31G_B分开位于该梯形内。空隙31G_A及31G_B的截面形状为四边形，空隙31G_A的截面形状中的四边形的一边位于边61上，空隙31G_B的截面形状中的四边形的一边位于边62上。而且，将内周层叠铁心与外周层叠铁心连结的转子层叠铁心21b的一部分存在于空隙31G_A及31G_B之间。

并且，转子20b具有以X轴为对称轴的线对称的结构且具有以Y轴为对称轴的线对称的结构。即，在将永久磁铁31Aa、31Ba以及空隙31G_A及31G_B的配置位置以Z轴为中心轴绕XY坐标面的顺时针方向旋转移动90度、180度、270度的位置上分别配置有永久磁铁32Aa、32Ba以及空隙32G_A及32G_B、永久磁铁33Aa、33Ba以及空隙33G_A及33G_B、永久磁铁34Aa、34Ba以及空隙34G_A及34G_B。

着眼于通过永久磁铁31Aa及31Ba形成的1极的永久磁铁时，永久磁铁31Aa及31Ba的宽度分别为Wm₁及Wm₂，并且，永久磁铁31Aa及31Ba的各厚度为Tm。再者，空隙31G_A或31G_B的Y轴方向上的长度为Ta，空隙31G_A的X轴方向上的长度(平均长度)和空隙31G_B的X轴方向上的长度(平均长度)的总计长度为Wa。而且，基本结构中所述的空隙厚度比率的设定方法也适用于第二变形结构。此外，由于考虑到存在于空隙31G_A及31G_B之间的铁心部分由于永久磁铁而充分引起磁饱和的情况，因此在设定空隙厚度比率时，可以忽视其存在。

假设将空隙的厚度设定为与永久磁铁的厚度相同程度时，转子的剖视图为图14。这种情况下，在相邻的空隙间存在有将内周层叠铁心和外周层叠铁心连结的铁心连结部(图14的符号71)，采用具有此种铁心连结部的电动机结构时，与将该铁心连结部形成为空隙的情况相比，d轴电感稍增加(d轴方向上的磁导率稍增加)。但是，如上所述，由于考虑到该铁心连结部引起磁饱和的情况，因此对弱励磁磁通(Ld·id)的路径的作用小。另一方面，在本实施方式提出的结构中，由于存在有间隙长的小空隙，因此即使铁心连结部引起磁饱和也能够得到高d轴电感。

[第三变形结构]

说明第三变形结构。在第三变形结构中，电动机1的基本结构中的转子20的剖面结构被变形。产生该变形的转子称为转子20c。转子20c的旋转轴为Z轴。图15是沿与Z轴正交的任意面的转子20c的剖视图。相对于剖面位置的Z轴方向上的变化，转子20c的剖面结构不变。

转子20c具有：与基本结构的转子层叠铁心21同样形成的转子层叠铁心21c；具有Z轴作为中心轴的圆柱状的轴22；板状的永久磁铁31c～34c；非磁性体25～28。转子层叠铁心21c上设有轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔，在轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔中分别插入有轴22、永久磁铁31c～34c、以及非磁性体25～28，通过将它们相互结合固定而形成转子20c。

以X轴、Y轴及Z轴为坐标轴的正交坐标系的原点O存在于图15的剖视图上的轴22的中心。图15是沿XY坐标面的转子20c的剖视图。在XY坐标面上，转子层叠铁心21c的截面形状(外周形状)为圆且该圆的中心与原点O一致，轴22的截面形状为圆且该圆的中心与原点O一致。转子层叠铁心21c的外周圆OC与基本结构中的转子层叠铁心21的外周圆一致。

转子20c是将基本结构中的转子层叠铁心21、永久磁铁31A～34A及31B～34B、以及空隙31G～34G分别置换为转子层叠铁心21c、永久磁铁31c～34c、以及空隙31Gc₁～34Gc₁及31Gc₂～34Gc₂的部件。

在XY坐标面上，使图4的永久磁铁31A及31B沿左右方向平行移动而将两永久磁铁结合的部件相当于永久磁铁31c，使图4的永久磁铁32A及32B沿上下方向平行移动而将两永久磁铁结合的部件相当于永久磁铁32c，使图4的永久磁铁33A及33B沿左右方向平行移动而将两永久磁铁结合的部件相当于永久磁铁33c，使图4的永久磁铁34A及34B沿上下方向平行移动而将两永久磁铁结合的部件相当于永久磁铁34c。其中，永久磁铁31c及33c的各中心位于Y轴上，永久磁铁32c及34c的各中心位于X轴上。

空隙31Gc₁～34Gc₁及31Gc₂～34Gc₂配置在内周层叠铁心与外周层叠铁心之间。在XY坐标面上，与永久磁铁31c的右端相邻设置空隙31Gc₁，与永久磁铁31c的左端相邻设置空隙31Gc₂。在XY坐标面上，各永久磁铁及各空隙的截面形状为长方形。在图15的剖视图中，永久磁铁31c与空隙31Gc₁直接相接，但是也可以在两者之间夹设转子层叠铁心21c的部分(在永久磁铁31c与空隙31Gc₂之间也同样)。在XY坐标面上，在转子层叠铁心21c的外周圆OC内且在轴、永久磁铁、空隙及非磁性体都不存在的部分上存在有形成转子层叠铁心21c的磁性材料(钢板材料)。

并且，转子20c具有以X轴为对称轴的线对称的结构且具有以Y轴为对称轴的线对称的结构。即，在将永久磁铁31c以及空隙31Gc₁及31Gc₂的配置位置以Z轴为中心轴绕XY坐标面的顺时针方向旋转移动90度、180度、270度的位置上分别配置有永久磁铁32c以及空隙32Gc₁及32Gc₂、永久磁铁33c以及空隙33Gc₁及33Gc₂、永久磁铁34c以及空隙34Gc₁及34Gc₂。

各永久磁铁产生的磁通的方向与Z轴正交。在第三变形结构中，永久磁铁31c～34c分别通过单体形成1极的永久磁铁。永久磁铁31c及33c产生的磁通的方向分别相对于Y轴平行。永久磁铁32c及34c产生的磁通的方向分别相对于X轴平行。

在XY坐标面上，

非磁性体25位于空隙31Gc₁的右侧且空隙32Gc₂的上侧，并且在包含空隙31Gc₁及非磁性体25之间和空隙32Gc₂及非磁性体25之间在内的非磁性体25的周边部夹设有转子层叠铁心21c的一部分即桥部，

非磁性体26位于空隙33Gc₂的右侧且空隙32Gc₁的下侧，并且在包含空隙33Gc₂及非磁性体26之间和空隙32Gc₁及非磁性体26之间在内的非磁性体26的周边部夹设有转子层叠铁心21c的一部分即桥部，

非磁性体27位于空隙33Gc₁的左侧且空隙34Gc₂的下侧，并且在包含空隙33Gc₁及非磁性体27之间和空隙34Gc₂及非磁性体27之间在内的非磁性体27的周边部夹设有转子层叠铁心21c的一部分即桥部，

非磁性体28位于空隙31Gc₂的左侧且空隙34Gc₁的上侧，并且在包含空隙31Gc₂及非磁性体28之间和空隙34Gc₁及非磁性体28之间在内的非磁性体28的周边部夹设有转子层叠铁心21c的一部分即桥部。

着眼于永久磁铁31c时，永久磁铁31c的宽度(即，永久磁铁31c的X轴方向上的长度)为Wm，且永久磁铁31c的厚度(即，永久磁铁31c的Y轴方向上的长度)为Tm。此外，空隙31Gc₁或31Gc₂的Y轴方向上的长度为Ta，空隙31Gc₁的X轴方向上的长度和空隙32Gc₂的X轴方向上的长度的总计长度为Wa。而且，基本结构所述的空隙厚度比率的设定方法也适用于第三变形结构。

[第四变形结构]

说明第四变形结构。在第四及后述的第五变形结构中，定义空隙的宽度的方向与上述的基本结构及第一～第三变形结构不同。第四变形结构中的转子称为转子20d，详细说明转子20d的结构。

以转子20d的旋转轴为Z轴。图16(a)是从与转子20d的旋转轴正交的方向观察到的转子20d的外观平面图，图16(b)是从转子20d的旋转轴方向观察到的转子20d的外观平面图。在利用沿Z轴的正交面的剖面剖开转子20d而得到的剖视图中，剖面位置处于转子20d的中央附近的规定范围内的情况与处于规定范围外的情况不同。前者的情况下的剖面是沿A₁-A₁’线的剖面，后者的情况下的剖面是沿A₂-A₂’线或A₃-A₃’线的剖面。图17(a)是与后者的情况相对应的沿Z轴的正交面的转子20d的剖视图。其中，图17(a)是转子20d的A₂-A₂’剖视图。沿A₃-A₃’线的转子20d的剖面结构与沿A₂-A₂’线的转子20d的剖面结构相同。

转子20d具有：与基本结构的转子层叠铁心21同样形成的转子层叠铁心21d；具有Z轴作为中心轴的圆柱状的轴22；永久磁铁31Ad～34Ad及永久磁铁31Bd～34Bd(永久磁铁31Bd～34Bd在图17(a)中未图示)；非磁性体25～28。在转子层叠铁心21d上设有轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔，在轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔中分别插入有轴22、永久磁铁31Ad～34Ad及永久磁铁31Bd～34Bd、以及非磁性体25～28，通过将它们相互结合固定而形成转子20d。

以X轴、Y轴及Z轴为坐标轴的正交坐标系的原点O存在于图17(a)的剖视图上的轴22的中心。图17(a)是沿XY坐标面的转子20d的剖视图(即，考虑到图16(a)的A₂-A₂’线位于XY坐标面上)。

当前，如图16(b)所示，假定沿Y轴的B-B’线，沿该B-B’线的转子20d的剖视图如图17(b)所示。而且，图17(b)的剖视图上，重叠图示A₁-A₁’线及A₂-A₂’。

在XY坐标面上，转子层叠铁心21d的截面形状(外周形状)为圆且该圆的中心与原点O一致，轴22的截面形状为圆且该圆的中心与原点O致。转子层叠铁心21d的外周圆OC与基本结构中的转子层叠铁心21的外周圆一致。在XY坐标面上，各永久磁铁31Ad～34Ad的截面形状为长方形，永久磁铁31Ad及33Ad中的该长方形的中心位于Y轴上且永久磁铁32Ad及34Ad中的该长方形的中心位于X轴上。其中，从原点O观察，永久磁铁31Ad～34Ad分别位于Y轴的正侧、X轴的正侧、Y轴的负侧及X轴的负侧。在XY坐标面上，转子20d具有以X轴为对称轴的线对称的结构且具有以Y轴为对称轴的线对称的结构。

各永久磁铁产生的磁通的方向与Z轴正交。并且，在XY坐标面上，

永久磁铁31Ad的N极位于永久磁铁31Ad的下侧，

永久磁铁32Ad的N极位于永久磁铁32Ad的右侧，

永久磁铁33Ad的N极位于永久磁铁33Ad的上侧，

永久磁铁34Ad的N极位于永久磁铁34Ad的左侧。

永久磁铁31Ad及33Ad(以及31Bd及33Bd)产生的磁通的方向相对于Y轴平行，并且，永久磁铁32Ad及34Ad(以及32Bd及34Bd)产生的磁通的方向相对于X轴平行。

在XY坐标面上，

非磁性体25位于永久磁铁31Ad的右侧且永久磁铁32Ad的上侧，并且在包含永久磁铁31Ad及非磁性体25之间和永久磁铁32Ad及非磁性体25之间在内的非磁性体25的周边部夹设有转子层叠铁心21d的一部分即桥部，

非磁性体26位于永久磁铁33Ad的右侧且永久磁铁32Ad的下侧，并且在包含永久磁铁33Ad及非磁性体26之间和永久磁铁32Ad及非磁性体26之间在内的非磁性体26的周边部夹设有转子层叠铁心21d的一部分即桥部，

非磁性体27位于永久磁铁33Ad的左侧且永久磁铁34Ad的下侧，并且在包含永久磁铁33Ad及非磁性体27之间和永久磁铁34Ad及非磁性体27之间在内的非磁性体27的周边部夹设有转子层叠铁心21d的一部分即桥部，

非磁性体28位于永久磁铁31Ad的左侧且永久磁铁34Ad的上侧，并且在包含永久磁铁31Ad及非磁性体28之间和永久磁铁34Ad及非磁性体28之间在内的非磁性体28的周边部夹设有转子层叠铁心21d的一部分即桥部。

如图17(a)所示，转子20d的A₂-A₂’剖面上不存在内周层叠铁心-外周层叠铁心之间的空隙，但是图17(b)所示的转子20d的B-B’剖面上存在有该空隙。

为了简化说明，使转子20d内设置的多个永久磁铁的形状及尺寸完全相同，并使转子20d内设置的多个空隙的形状及尺寸完全相同。永久磁铁31Ad与永久磁铁31Bd的磁通的方向相同，通过它们形成1极的永久磁铁，永久磁铁33Ad与永久磁铁33Bd的磁通的方向相同，通过它们形成1极的永久磁铁。同样地，永久磁铁32Ad与永久磁铁32Bd的磁通的方向相同，通过它们形成1极的永久磁铁，永久磁铁34Ad与永久磁铁34Bd的磁通的方向相同，通过它们形成1极的永久磁铁(在图17(a)或(b)中，未图示永久磁铁32Bd及34Bd)。

在转子20d的B-B’剖面上，各永久磁铁及各空隙的截面形状为长方形。在Z轴方向上，在永久磁铁31Ad与永久磁铁31Bd之间配置有空隙31Gd。在图17(b)的剖视图中，永久磁铁31Ad与空隙31Gd直接相接，但是也可以在两者之间夹设转子层叠铁心21d的一部分(在永久磁铁31Bd与空隙31Gd之间也同样)。

永久磁铁31Ad及31Bd以及空隙31Gd配置在转子层叠铁心21d中的内周层叠铁心与外周层叠铁心之间。在将永久磁铁31Ad及31Bd以及空隙31Gd的配置位置以Z轴为中心轴绕Z轴旋转移动90度、180度、270度的位置上分别配置有永久磁铁32Ad及32Bd以及空隙32Gd、永久磁铁33Ad及33Bd以及空隙33Gd、永久磁铁34Ad及34Bd以及空隙34Gd(在图17(a)或(b)中，未图示空隙32Gd及34Gd)。在转子层叠铁心21d的外周面内且在轴、永久磁铁、空隙及非磁性体都不存在的部分上存在有形成转子层叠铁心21d的磁性材料(钢板材料)。

另外，转子20d的A₁-A₁’剖视图如图18所示。

在第四及后述的第五变形结构中，将Z轴方向上的长度取为宽度方向。并且，如图19所示，形成1极的永久磁铁的两个永久磁铁的宽度为Lm₁及Lm₂，1极的永久磁铁的总宽度Lm由Lm＝Lm₁+Lm₂表示。此外，永久磁铁的厚度为Tm。永久磁铁的厚度的定义与基本结构中的永久磁铁的厚度的定义相同。在第四及后述的第五变形结构中，“空隙的宽度”是指Z轴方向上的空隙的长度。空隙的厚度的定义与基本结构中的空隙的厚度的定义相同。空隙的厚度及宽度由Ta及La表示。

着眼于通过永久磁铁31Ad及31Bd形成的1极的永久磁铁时，永久磁铁31Ad及31Bd的宽度(即，Z轴方向上的长度)分别为Lm₁及Lm₂，永久磁铁31Ad及31Bd的各厚度(即，Y轴方向上的长度)为Tm。并且，空隙31Gd的宽度(即，Z轴方向上的长度)为La，空隙31Gd的厚度(即，Y轴方向上的长度)为Ta。如此，永久磁铁31Ad及31Bd的合成磁阻Rm和空隙31Gd的磁阻Ra由下述式(5a)及(5b)表示，与磁阻Rm和Ra的并联阻抗Rd的倒数相近似的d轴方向的磁导率Pd由下述式(6)表示。在此，W是与d轴和Z轴都正交的方向上的永久磁铁的长度。例如，永久磁铁31Ad的X轴方向上的长度与W一致(参照图18)。而且，空隙31Gd的X轴方向上的长度为W。

[式5]

$\mathrm{Rm}=\frac{\mathrm{Tm}}{{\mathrm{\&mu;}}_0\&CenterDot;W\&CenterDot;\mathrm{Lm}}---\left(5a\right)$

$\mathrm{Ra}=\frac{\mathrm{Ta}}{{\mathrm{\&mu;}}_0\&CenterDot;W\&CenterDot;\mathrm{La}}---\left(5b\right)$

[式6]

$\mathrm{Pd}=\frac{1}{\mathrm{Rd}}=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_0\&CenterDot;W\&CenterDot;(\mathrm{Ta}\&CenterDot;\mathrm{Lm}+\mathrm{Tm}\&CenterDot;\mathrm{La})}{\mathrm{Tm}\&CenterDot;\mathrm{Ta}}---\left(6\right)$

$={\mathrm{\&mu;}}_0\&CenterDot;W\&CenterDot;(\mathrm{Lm}/\mathrm{Tm}+\mathrm{La}/\mathrm{Ta})$

因此，在第四变形结构中，将空隙宽度La相对于(Lm+La)的比率(即，La/(Lm+La))取作空隙宽度比率的基础上，适用基本结构所述的空隙厚度比率的设定方法即可。这相当于后述的第五变形结构。

然而，在上述的基本结构中，经由转子层叠铁心内的空隙的永久磁铁的磁通的泄漏磁回路(沿图11的虚线箭头LK₁的泄漏磁回路)形成在钢板的面方向上，该钢板形成转子层叠铁心。即，将负的d轴电流向电枢绕组供给时，形成从内周层叠铁心经由空隙、外周层叠铁心及永久磁铁而返回到内周层叠铁心的磁回路，永久磁铁的磁通的一部分通过该磁回路，从而减少电枢绕组的交链磁通而实现弱励磁控制。这在第一～第三变形结构中同样。相对于此，在第四变形结构中，永久磁铁的磁通的泄漏磁回路(沿图20的虚线箭头LK₂的泄漏磁回路)沿钢板层叠方向形成(在第五变形结构中同样)，因此，铁损增大。因而，考虑铁损时，优选采用基本结构及第一～第三变形结构。

此外，日本特开平8-51751号公报所记载的结构也与第四变形结构同样地，由于永久磁铁的磁通的泄漏磁回路沿钢板层叠方向形成，因此，铁损增大。而且，由于在形成该泄漏磁回路的端环与永久磁铁之间作用有磁吸引力，因此考虑到会产生结构强度上的问题。

[第五变形结构]

也可以将与图4相对应的基本结构变形为与图15相对应的第三变形结构的方式对第四变形结构的转子施加变形。参照图21，说明进行了该变形的第五变形结构(未特别叙述的事项与第四变形结构所述的情况相同)。图21是第五变形结构的转子20e的B-B’剖视图。此外，利用与转子20e的旋转轴即Z轴正交且通过转子20e内的永久磁铁的剖面剖开转子20e时的转子20e的剖面结构与第四变形结构的转子20d的剖面结构(参照图17(a))相同。

在与图17(b)相对应的第四变形结构中，位于转子的中央部的空隙31Gd被分割为两个，通过分割得到的两个空隙31Ge₁及31Ge₂配置在Z轴方向上的转子20e的端部。设置在转子20e内的永久磁铁31e相当于使第四变形结构中的永久磁铁31Ad及31Bd(参照图17(b))沿Z轴方向平行移动而结合的部件。

在转子20e的B-B’剖面上，各永久磁铁及各空隙的截面形状为长方形。Z轴方向上的永久磁铁31e的一端面及另一端面上分别配置有空隙31Ge₁及31Ge₂。在Z轴方向上，永久磁铁31e的一端面的一部分与空隙31Ge₁相接，该一端面的其余部分与形成转子层叠铁心21e的磁性材料相接。在Z轴方向上，永久磁铁31e的另一端面的一部分与空隙31Ge₂相接，该另一端面的其余部分与形成转子层叠铁心21e的磁性材料相接。此外，在图21的剖视图中，永久磁铁31e与空隙31Ge₁直接相接，但是也可以在两者之间夹设转子20e的转子层叠铁心21e的一部分(永久磁铁31e与空隙31Ge₂之间也同样)。

相对于设置在转子20e内的其余的3极的永久磁铁也进行同样的变形。即例如，通过使第四变形结构中的永久磁铁33Ad及33Bd(参照图17(b))沿Z轴方向平行移动而结合来形成永久磁铁33e，并将永久磁铁33e嵌入转子层叠铁心21e内。另一方面，将空隙33Gd分割成两个，将通过分割得到的两个空隙33Ge₁及33Ge₂配置在Z轴方向上的永久磁铁33e的端面。

永久磁铁31e以及空隙31Ge₁及31Ge₂配置在转子层叠铁心21e中的内周层叠铁心与外周层叠铁心之间。在将永久磁铁31e以及空隙31Ge₁及31Ge₂的配置位置以Z轴为中心轴绕Z轴旋转移动90度、180度、270度的位置上配置有其余的3极的永久磁铁及空隙。在转子层叠铁心21e的外周面内且在轴、永久磁铁、空隙及非磁性体都不存在的部分上存在有形成转子层叠铁心21e的磁性材料(钢板材料)。

着眼于永久磁铁31e时，永久磁铁31e的宽度(即，永久磁铁31e的Z轴方向上的长度)为Lm，且永久磁铁31e的厚度(即，永久磁铁31e的Y轴方向上的长度)为Tm。此外，空隙31Ge₁或31Ge₂的Y轴方向上的长度为Ta，空隙31Ge₁的Z轴方向上的长度和空隙31Ge₂的Z轴方向上的长度的总计长度为La。而且，基本结构所述的空隙厚度比率的设定方法也适用于第五变形结构。

[第六变形结构]

说明第六变形结构。通常的弱励磁控制通过使负的d轴电流流过电枢绕组而实现，但是在第六变形结构的电动机1中，通过从设置在转子外侧的励磁绕组注入励磁磁通而能够实现弱励磁控制。

第六变形结构中的转子称为转子20f。图22中为了容易理解说明而列举第六变形结构中的电动机1的结构要素名称。图22所示的全名称的意义从后述的说明可知。首先，详细说明转子20f的结构。

转子20f的旋转轴为Z轴。图23(a)及(b)分别是从转子20f的旋转轴方向观察到的转子20f的外观平面图。实际上，转子20f上设有突出部，该突出部应该出现在图23(a)及(b)的外观平面图上，但是在图23(a)及(b)中舍弃了该突出部的图示(突出部的详细情况如后所述)。

以X轴、Y轴及Z轴为坐标轴的正交坐标系的原点O存在于设置在转子20f上的具有Z轴作为中心轴的圆柱状的轴22的中心。为了说明转子20f的剖面结构，假定沿图23(a)的C-C’线的剖面(以下，称为C-C’剖面)。C-C’线是将Y轴上的正的点及X轴上的正的点分别作为起点及终点且在Z轴上折弯的折线。而且，假定沿图23(b)的虚线511的剖面即沿Y轴的剖面(以下，称为Y剖面)、以及沿图23(b)的虚线512的剖面即沿X轴的剖面(以下，称为X剖面)。此外，参照图16(b)，Y剖面与上述的B-B’剖面等价。

图24(a)是与Z轴正交的剖面且沿不横穿后述的突出部的剖面的转子20f的剖视图。与Z轴正交的剖面不横穿后述的突出部时，相对于剖面位置的Z轴方向上的变化，转子20f的剖面结构不变。图24(a)所示的转子的剖面结构与在第四变形结构中所示的图17(a)的剖面结构相同，尤其是关于未叙述的事项，第四变形结构的转子20d的A₂-A₂’剖面的说明适用于转子20f。进行该适用时，将第四变形结构中的符号20d、21d、31Ad、32Ad、33Ad及34Ad分别置换成符号20f、21f、31f、32f、33f及34f进行考虑即可。

转子20f具有：与基本结构的转子层叠铁心21同样形成的转子层叠铁心21f；具有Z轴作为中心轴的圆柱状的轴22；永久磁铁31f～34f；非磁性体25～28。转子层叠铁心21f上设有轴插入孔、永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔。在轴插入孔，永久磁铁插入孔及非磁性体插入孔中分别插入有轴22、永久磁铁31f～34f及非磁性体25～28而使它们相互结合。

转子层叠铁心21f大体分为：位于永久磁铁内周侧的内周层叠铁心；位于永久磁铁外周侧的外周层叠铁心；桥部。内周层叠铁心是指转子层叠铁心21f中的位于比永久磁铁31f～34f靠原点O(Z轴)侧的部分，外周层叠铁心是指转子层叠铁心21f中的位于比永久磁铁31f～34f靠转子层叠铁心21f的外周圆OC侧的部分。

在图24(b)中，带符号100的斜线区域相当于内周层叠铁心，带符号111～114的斜线区域的整体相当于外周层叠铁心，从转子层叠铁心21f的整体中除去内周层叠铁心及外周层叠铁心的其余部分区域相当于桥部。带符号111～114的斜线区域分别是外周层叠铁心的结构要素，将它们称为外周铁心主体(参照图22)。

在XY坐标面上，外周铁心主体111与永久磁铁31f相邻且位于比永久磁铁31f靠Y轴的正方向侧，外周铁心主体112与永久磁铁32f相邻且位于比永久磁铁32f靠X轴的正方向侧，外周铁心主体113与永久磁铁33f相邻且位于比永久磁铁33f靠Y轴的负方向侧，外周铁心主体114与永久磁铁34f相邻且位于比永久磁铁34f靠X轴的负方向侧。

相对于将上述的转子层叠铁心21f、轴22、永久磁铁31f～34f及非磁性体部25～28结合而成的部件，进而通过结合突出部而形成转子20f。

图25是将定子10的剖面和转子20f及励磁绕组部的C-C’剖面合成的图。其中，图25以及后述的图28、图29及图33中的定子10的剖面是沿通过定子10所包含的六个齿13中的第一齿13(图25中的齿13_A)的中心、原点O及第二齿13(图25中的齿13_B)的中心的线521(参照图26)的定子10的剖面。图25的左右方向与Z轴方向一致，图25的右侧对应于Z轴的正侧(在后述的图28、图29及图33中也同样)。

在转子20f的C-C’剖面中，在永久磁铁31f与轴22之间存在有内周层叠铁心100的一部分，将称为内周铁心主体101。同样地，在永久磁铁32f与轴22之间存在有内周层叠铁心100的另一部分，称为内周铁心主体102。

在图25的剖视图上(参照图22、图24(a)及(b))，示出永久磁铁31f及32f、外周层叠铁心的一部分即外周铁心主体111及112、内周铁心主体101及102、齿13_A与外周铁心主体111之间的空隙AG₁及齿13_B与外周铁心主体112之间的空隙AG₂，并且示出与转子层叠铁心21f接合的突出部141a、142a、152a、151b、141b及142b、由励磁绕组磁轭FY及励磁绕组FW构成的励磁绕组部。励磁绕组部固定配置在转子20f的右侧(Z轴方向上的正侧)。

如图25所示，在将定子10的剖面和转子20f的C-C’剖面合成的图中，从齿13_A观察，空隙AG₁、外周铁心主体111、永久磁铁31f、内周铁心主体101、轴22、内周铁心主体102、永久磁铁32f、外周铁心主体112及空隙AG₂以该顺序配置在齿13_A齿13_B之间。此外，永久磁铁(永久磁铁31f等)内所示的箭头表示永久磁铁内的磁通的方向(后述的图28等中也同样)。各突出部由对铁等磁性材料的粉末进行压缩成型后的压粉磁性材料形成(但是，也可以通过钢板形成)。

图27(a)示出从Z轴的正侧观察到的转子20f的外观平面图。在图27(a)中，带斜线的部分是从转子层叠铁心21f的端面向Z轴的正侧突出的部分，突出部141a、142a及152a分别位于带符号141aa、142aa及152aa的虚线区域内。图27(b)示出从Z轴的负侧观察到的转子20的外观平面图。在图27(b)中，带斜线的部分是从转子层叠铁心21f的端面向Z轴的负侧突出的部分，突出部151b、141b及142b分别位于带符号151bb、141bb及142bb的虚线区域内。而且，突出部141b覆盖永久磁铁31f的Z轴的负侧的端面的局部，在Z轴的正交方向即Y轴方向上，突出部141b与突出部151b之间存在有空隙141b_AG。从Z轴的负侧观察时，空隙141b_AG所处的部分不突出，而该部分上不存在形成突出部的压粉磁性材料。

突出部141a及141b分别以从转子20f的内周铁心主体101的旋转轴方向上的端面沿旋转轴方向突出的方式与内周铁心主体101接合。其中，突出部141a从Z轴的正侧的内周铁心主体101的端面向Z轴的正的方向侧突出，突出部141b从Z轴的负侧的内周铁心主体101的端面向Z轴的负的方向侧突出。

突出部142a及142b分别以从转子20f的内周铁心主体102的旋转轴方向上的端面沿旋转轴方向突出的方式与内周铁心主体102接合。其中，突出部142a从Z轴的正侧的内周铁心主体102的端面向Z轴的正的方向侧突出，突出部142b从Z轴的负侧的内周铁心主体102的端面向Z轴的负的方向侧突出。

突出部151b以从转子20f的外周铁心主体111的旋转轴方向上的端面沿旋转轴方向突出的方式与外周铁心主体111接合。其中，突出部151b从Z轴的负侧的外周铁心主体111的端面向Z轴的负的方向侧突出。

突出部152a以从转子20f的外周铁心主体112的旋转轴方向上的端面沿旋转轴方向突出的方式与外周铁心主体112接合。其中，突出部152a从Z轴的正侧的外周铁心主体112的端面向Z轴的正的方向侧突出。

此外，也可以伴随形成有突出部142a及152a的情况，使Z轴的正侧的永久磁铁32f的端面以与突出部142a及152a的端面相吻合的方式使永久磁铁32f也向Z轴的正侧突出。

另外，图28示出将定子10的剖面和转子20f及励磁绕组部的Y剖面(沿图23(b)的虚线511的剖面)合成的图，图29示出将定子10的剖面和转子20f及励磁绕组部的X剖面(沿图23(b)的虚线512的剖面)合成的图。图28的上方对应于Y轴的正侧，图28的下方对应于Y轴的负侧。图29的上方对应于X轴的负侧，图28的下方对应于X轴的正侧。从图27(a)及(b)可知，在XY坐标面上，转子20f具有以X轴为对称轴的线对称的结构且具有以Y轴为对称轴的线对称的结构。因此，在图28的剖视图上，除了位于Y轴的正侧的空隙141b_AG之外，还观测到与空隙141b_AG相对应的Y轴的负侧的空隙141b_AG’(参照图27(b))。

图30(a)示出励磁绕组磁轭FY的外观立体图。图30(b)示出励磁绕组磁轭FY的分解图。图31示出从Z轴方向与附图的左右方向致的视点观察到的励磁绕组磁轭FY的外观图。图32示出从Z轴的负侧观察到的励磁绕组磁轭FY的向XY坐标面上投影的投影图。

励磁绕组磁轭FY是在Z轴上具有圆心的圆柱状的磁性材料上设有用于供轴22通过的沿Z轴方向延伸的孔部135和用于配置励磁绕组FW的槽(凹陷)132的部件。分解考虑时，在具有圆筒形状的底面磁轭部130上，能够将以使分别具有圆筒形状的内周磁轭部131及外周磁轭部133的圆心全部位于Z轴上的方式将它们接合的部件作为励磁绕组磁轭FY。外周磁轭部133中的内周侧的圆的半径比内周磁轭部131中的外周侧的圆的半径大。从Z轴方向观察时，外周磁轭部133位于内周磁轭部131的外侧，槽132位于外周磁轭部133与内周磁轭部131之间。励磁绕组FW沿内周磁轭部131的外周绕Z轴卷绕。而且，内周磁轭部131及外周磁轭部133的端面(位于底面磁轭部130的相反侧的端面)位于与Z轴正交的同一平面上。

励磁绕组磁轭FY由对铁等磁性材料的粉末进行压缩成型后的压粉磁性材料构成(但是，也可以通过钢板形成)。

再次参照图25，详细说明如上所述构成的励磁绕组部的配置位置。从Z轴方向观察时，励磁绕组磁轭FY的外周的半径(换言之，外周磁轭部133中的外周侧的圆的半径)与转子20的外周的半径一致或大体一致。

并且，以使励磁绕组磁轭FY的内周磁轭部131与突出部141a及142a相对向且使励磁绕组磁轭FY的外周磁轭部133与突出部152a相对向的方式配置励磁绕组磁轭FY。突出部141a及142a的端面与内周磁轭部131的端面隔着微小的空隙相面对，且突出部152a的端面与外周磁轭部133的端面隔着微小的空隙相面对。

接下来，参照图33，说明电流流过励磁绕组FW时的磁通的情况。图33的带箭头的折线530表示通过使电流流过励磁绕组FW而产生的磁通的磁路及该磁通的方向。其中，带箭头的折线530的方向是使减弱永久磁铁产生的励磁磁通的方向的电流流过励磁绕组FW时的方向。

以下，从永久磁铁31f～34f得到的励磁磁通称为主励磁磁通(第一励磁磁通)，通过使电流流过励磁绕组FW而产生的磁通称为副励磁磁通(第二励磁磁通)。而且，向励磁绕组FW(及后述的励磁绕组FW’)供给的电流称为励磁电流。

在图33中，位于Z轴附近的虚线533内的带箭头的折线530的一部分表示副励磁磁通沿圆周方向通过励磁绕组磁轭FY的底面磁轭部130的情况，位于Z轴附近的虚线534内的带箭头的折线530的一部分表示副励磁磁通沿轴22的圆周方向通过突出部142b及141b之间的磁性材料中的情况。而且，带箭头的折线530的两端531及532通过包含齿13_B及13_A在内的定子层叠铁心11以极微小的磁阻连接。

永久磁铁的相对磁导率具有接近1的值(例如1.1)，而定子层叠铁心、励磁绕组磁轭、转子层叠铁心及与转子层叠铁心接合的突出部的相对磁导率具有足够大的值(例如几百～几万)。因此，如下所示，副励磁磁通的磁路具有第一磁路及第二磁路作为磁通的主路径。第二磁路相当于第一磁路的局部的分支路。

以励磁绕组磁轭FY的底面磁轭部130为起点进行考虑。第一磁路是包含与虚线534相对应的部分的磁路。具体来说，第一磁路是以底面磁轭部130为起点，通过内周磁轭部131中的面向突出部142a的部分、突出部142a、内周铁心主体102、突出部142b、突出部141b、空隙141b_AG、突出部151b、外周铁心主体111、空隙AG₁、包含齿13_B及13_A在内的定子层叠铁心11、空隙AG₂、外周铁心主体112、突出部152a、外周磁轭部133中的面对突出部152a的部分而到达底面磁轭部130的磁路。

第二磁路是包含与虚线533相对应的部分的磁路。具体来说，第二磁路是经由将底面磁轭部130、内周磁轭部131中的面对突出部141a的部分、突出部141a、内周铁心主体101、突出部141b连结的路径的磁路，在突出部141b中，第一及第二磁路合流。

包含内周铁心主体101及102在内的内周层叠铁心100和与内周层叠铁心100接合的突出部(包含141a、141b、142a及142b)作为整体形成“转子内周铁心”，包含外周铁心主体111及112在内的外周层叠铁心和与外周层叠铁心接合的突出部(包含151b及152a)作为整体形成“转子外周铁心”。并且，以形成上述副励磁磁通的磁路的方式形成及配置转子内周铁心及转子外周铁心以及励磁绕组部。由此，在产生副励磁磁通时，永久磁铁产生的主励磁磁通和励磁绕组产生的副励磁磁通的合成磁通成为定子10的电枢绕组的交链磁通。

此外，关于基本结构等，考虑到将上述的事项适用于第六变形结构的情况，适当地，将内周层叠铁心及外周层叠铁心这些用语置换成转子内周铁心及转子外周铁心这些用语即可(第二实施方式中的第八变形结构也同样)。在基本结构中，转子内周铁心仅由内周层叠铁心形成且转子外周铁心仅由外周层叠铁心形成(第一变形结构等中也同样)。

如上所述构成电动机时，通过向转子的端部外侧设置的励磁绕组供给励磁电流就能够实现弱励磁控制。此时，由于励磁绕组产生的磁场不直接施加给永久磁铁自身，因此没有永久磁铁减磁的担心。而且，实现弱励磁控制时，由于不需要使负的d轴电流流过电枢绕组，因此消除d轴电流产生的电枢绕组的发热增加(发热部位分散)。而且，需要d轴电流时，需要减少这部分的q轴电流(与转矩相关的电流分量)，但是根据第六变形结构，由于不再需要减少q轴电流，因此能抑制高速旋转时的发生转矩下降的情况。

此外，由于形成为将形成连结转子内周铁心和转子外周铁心的磁回路的励磁绕组磁轭配置在转子端部外侧的结构，因此仅利用转子端部外侧的空间即可，能实现电动机的小型化。此外，由于副励磁磁通的磁回路不包含背磁轭(位于比定子绕组靠外侧，形成电动机框架的一部分的磁轭)，因此没有副励磁磁通经由电动机框架的周边部件泄漏的担心。

此外，从上述的说明可知，在外周铁心主体111的励磁绕组磁轭FY侧未设置突出部(参照图33)。假设在外周铁心主体111的励磁绕组磁轭FY侧也设有突出部时，通过位于图33的剖视图上的齿13_A及轴22之间的转子铁心部分和励磁绕组磁轭FY形成闭磁路，而副励磁磁通不再与定子10的电枢绕组交链。为了避免此种情况的发生，使外周铁心主体111与外周磁轭部133之间的空隙长度充分大。例如，将该空隙长形成为定子转子之间的空隙长(即，空隙AG₁及AG₂的长度)的五倍～几十倍。

从图25及图28可知，在转子20f的C-C’剖面及Y剖面上，永久磁铁的截面形状及突出部间的空隙(141b_AG及141b_AG’)的截面形状为长方形。在第六变形结构中，与第四及第五变形结构同样地，将Z轴方向上的长度取为宽度方向。因此，与第四及第五变形结构同样地，1极的永久磁铁的宽度(即，Z轴方向上的永久磁铁31f、32f、33f或34f的长度)取为宽度Lm，并且1极的永久磁铁的厚度(即，两极间方向上的永久磁铁31f、32f、33f或34f的长度)取为厚度Tm。在第六变形结构中，空隙的宽度La是指Z轴方向上的空隙141b_AG(或141b_AG’)的长度。在第六变形结构中，空隙的厚度Ta是指d轴方向上的空隙141b_AG(或141b_AG’)的长度，其与Y轴方向上的空隙141b_AG(或141b_AG’)的长度相等(参照图27(b))。

在第六变形结构中，与第四及第五变形结构同样地，在将空隙宽度La相对于(Lm+La)的比率(即，La/(Lm+La))取为空隙宽度比率的基础上，适用基本结构所述的空隙厚度比率的设定方法即可。

<第二实施方式>

在第一实施方式中说明了内转子型的电动机的结构，但是第一实施方式中所述的技术的内容也能够适用于外转子型的电动机。将外转子型的电动机即电动机201的结构作为第二实施方式进行说明。

图34是示出从转子的旋转轴方向观察到的电动机201的整体结构的简图。电动机201是具有将永久磁铁嵌入铁心内而形成的转子220和同定配置在转子220内侧的定子210的永久磁铁同步电动机，尤其是被称为嵌入磁铁同步电动机。转子220由于配置在定子210的外侧，因此转子220为外转子。此外，在图34中，为了便于图示，对定子210及转子220的部件存在的部分添加了花纹。

定子210具有通过将磁性材料(强磁性体)即钢板(硅钢板等)沿转子220的旋转轴方向层叠多张而形成的定子层叠铁心211，在定子层叠铁心211上交替形成有六个槽212与沿外周方向突出的六个齿213。并且，利用用于配置线圈的槽212，通过绕各齿213卷绕线圈(在图34中未图示)而形成定子210的电枢绕组。即，定子210是所谓6线圈集中卷绕定子。此外，槽数、齿数及线圈数也可以是6以外的数目。而且，在沿转子220的旋转轴方向的定子层叠铁心211的中央部开设有孔。

在第二实施方式中，转子220的旋转轴为Z轴。图35(a)是沿Z轴的正交面的转子220的剖视图。在转子220中嵌入有多个永久磁铁，但是根据剖面位置，剖面不横穿所述永久磁铁。图35(a)是利用横穿所述永久磁铁的剖面剖开转子220而得到的剖视图。当前，原点O存在于图35(a)的剖视图上的中心，定义由X轴、Y轴及Z轴构成的实际空间上的正交坐标系。X轴与Y轴及Z轴正交且Y轴与X轴及Z轴正交，X轴、Y轴及Z轴在原点O交叉。以原点O为边界，任意点的X轴坐标值的极性分类成正和负，并且，任意点的Y轴坐标值的极性分类成正和负。在图35(a)及后述的图35(b)的剖视图中，右侧及左侧分别对应于X轴的正侧及负侧，上侧及下侧分别对应于Y轴的正侧及负侧。

转子220包括通过将具有规定形状的磁性材料的钢板(硅钢板等)隔着绝缘膜沿Z轴方向层叠多张而形成的转子层叠铁心、和四个永久磁铁231～234，通过将它们相互结合而形成。永久磁铁231～234相当于将在Z轴上具有圆心的一个圆筒形状的永久磁铁沿与Z轴平行的剖断面4等分的部分。永久磁铁231～234的形状及尺寸相同。从原点O观察，永久磁铁231～234的中心分别位于Y轴的正侧、X轴的正侧、Y轴的负侧及X轴的负侧。原点O与永久磁铁的中心之间的距离在永久磁铁231～234之间相同。永久磁铁231的N极比永久磁铁231的S极靠近原点O，永久磁铁232的S极比永久磁铁232的N极靠近原点O，永久磁铁233的N极比永久磁铁233的S极靠近原点O，永久磁铁234的S极比永久磁铁234的N极靠近原点O。

转子层叠铁心由内周层叠铁心240及外周层叠铁心250、以及将两者结合的桥部(未图示)形成。内周层叠铁心240位于永久磁铁231～234的内周侧(位于永久磁铁231～234的原点O侧)，外周层叠铁心250位于永久磁铁231～234的外周侧。外周层叠铁心250及内周层叠铁心240都是在Z轴上具有圆心的圆筒形状的部件。内周层叠铁心240是在径向上具有厚度的圆筒形状的部件，因此内周圆半径和外周圆半径存在于内周层叠铁心240的半径中。在外周层叠铁心250中也同样。外周层叠铁心250的内周圆的半径比内周层叠铁心240的外周圆的半径大，两者间夹持并结合有永久磁铁231～234，转子层叠铁心与永久磁铁231～234成为一体而绕Z轴旋转。在图35(a)及后述的图35(b)中，内周层叠铁心240内所示的4个四边形表示位于相邻的永久磁铁间附近的设置在内周层叠铁心240内的非磁性体。

内周层叠铁心240与外周层叠铁心250之间设有在图35(a)的剖视图上未显现的在Z轴上具有圆心的圆筒形状的空隙。图35(b)示出横穿该空隙的沿Z轴的正交面的转子220的剖视图。在图35(b)中，带符号260的白色区域表示空隙的配置位置。此外，空隙260的配置位置及形状通过一并参照后述的图36而更加明确化。

由于空隙260是在径向上具有厚度的圆筒形状的空隙，因此空隙260的半径中存在有内周圆半径和外周圆半径。在XY坐标面上，空隙260的内周圆与内周层叠铁心240的外周圆一致，空隙260的外周圆的半径比外周层叠铁心250的内周圆的半径小。其中，空隙260的内周圆未必非要与内周层叠铁心240的外周圆一致。

在内周层叠铁心240的内周面与外周层叠铁心250的外周面之间且在永久磁铁及空隙都未配置的部分上存在有形成转子层叠铁心的磁性材料(钢板材料)。

图36是利用沿Y轴的剖面剖开转子220及定子210时得到的转子220及定子210的剖视图。虽然未图示，但是利用沿X轴的剖面剖开转子220及定子210时得到的所述剖视图与图36相同。

在图36所示的剖视图上，在与永久磁铁231相邻的部分上出现空隙260的一剖面即空隙261，在与永久磁铁233相邻的部分上出现空隙260的一剖面即空隙263。在图36所示的剖视图上出现的永久磁铁231及233以及空隙261及263的外形为长方形。在图36所示的剖视图上，永久磁铁231的外形即长方形的一边281位于转子220的一端面上，空隙261的外形即长方形的一边282位于转子220的另一端面上(此处所谓转子220的端面是转子220的Z轴方向上的端面)。而且，在图36所示的剖视图上，永久磁铁231的外形即长方形的四边中的位于边281的相反侧的边的一部分与空隙261的外形即长方形的四边中的位于边282的相反侧的边一致。与边281相邻的永久磁铁231的其余两边与Z轴平行，与边282相邻的空隙261的其余两边与Z轴平行。

在XY坐标面上，转子220具有以X轴为对称轴的线对称的结构且具有以Y轴为对称轴的线对称的结构。

如此，从Z轴方向观察到的永久磁铁231具有圆弧状的外形(参照图35(a))，但是从Z轴方向观察到的永久磁铁231的一端面的一部分与空隙260相接且其一端面的其余部分与形成转子层叠铁心的磁性材料相接(参照图35(b)及图36)。同样地，从Z轴方向观察到的永久磁铁232～234的各一端面的一部分与空隙260相接且所述一端面的其余部分与形成转子层叠铁心的磁性材料相接。此外，在图36的剖视图中，永久磁铁与空隙直接相接，但是也可以在两者间夹设转子220的转子层叠铁心的一部分。

在转子220中，永久磁铁231～234分别以单体形成1极的永久磁铁。各永久磁铁的磁通的方向与Z轴正交。

与第一实施方式同样地，在第二实施方式中，将永久磁铁的厚度取为永久磁铁的两极间方向上的长度。另一方面，将永久磁铁的宽度取为Z轴方向上的永久磁铁的长度。永久磁铁的厚度及宽度分别由Tm’及Lm’表示。而且，与第一实施方式同样地，沿着眼的1极的永久磁铁产生的磁通的方向取得d轴。并且，将相对于该1极的永久磁铁设置的空隙的d轴方向上的长度定义为“空隙的厚度”，由Ta’表示。此外，将Z轴方向上的空隙的长度称为“空隙的宽度”，由La’表示。

具体来说，Tm’是与Z轴正交的方向上的永久磁铁231的厚度，Lm’是Z轴方向上的永久磁铁231的长度。Ta’是与Z轴正交的方向上的空隙260的厚度，La’是Z轴方向上的空隙260的长度。

此外，XY坐标面上的空隙260的外周圆的圆周长的1/4为W’。如此，与将上述式(5a)、(5b)及(6)中的Tm、Lm、Ta、La及W分别置换成Tm’、Lm’、Ta’、La’及W’的磁回路相关的式子成立。因此，在将空隙宽度La’相对于(Lm’+La’)的比率(即，La’/(Lm’+La’))取为空隙宽度比率且将空隙厚度Ta’相对于Tm’的比率(即，Ta’/Tm’)取为空隙厚度比率的基础上，适用第一实施方式的基本结构的说明中所述的空隙厚度比率的设定方法即可。即，将“Ta’≤0.5×Tm’”成立的空隙配置在内周层叠铁心-外周层叠铁心之间并根据空隙宽度比率设定空隙厚度比率的下限即可。

[第七变形结构]

此外，在上述的电动机结构中，将内周层叠铁心-外周层叠铁心之间的空隙配置在Z轴方向上的转子端部，但是也可以使该空隙沿Z轴方向平行移动。实施了此种变形的电动机的变形结构称为第七变形结构。说明第七变形结构(未叙述的事项适用上述事项)。伴随该平行移动，永久磁铁231、232、233、234分别分割成永久磁铁231A及231B、永久磁铁232A及232B、永久磁铁233A及233B、永久磁铁234A及234B(永久磁铁232A、232B、234A及234B在下述图37中未图示)。第七变形结构的转子称为转子220a。

图37是利用沿Y轴的剖面剖开转子220a及定子210时得到的转子220a及定子210的剖视图。在转子220a的内周层叠铁心240a与外周层叠铁心250a之间配置在Z轴上具有圆心的圆筒形状的空隙290，且该空隙290在Z轴方向上夹持在多个永久磁铁之间(空隙290的整体图像未图示)。在图37所示的剖视图上，带符号291的虚线矩形表示由永久磁铁231A及231B夹持的空隙290的一剖面，带符号293的虚线矩形表示由永久磁铁233A及233B夹持的空隙290的一剖面。

在第七变形结构中，Lm’取为1极的永久磁铁的总宽度。即，Lm’取为永久磁铁231A及231B的Z轴方向上的宽度的总计值。Tm’是与Z轴正交的方向上的永久磁铁231A或231B的厚度。Ta’是与Z轴正交的方向上的空隙290的厚度，La’是Z轴方向上的空隙290的长度。

参照图38补充说明转子220a的结构。图38是从Z轴与附图的左右方向一致的方向观察到的与图36相对应的转子220的外观平面图。假定C₁-C₁’剖面及C₂-C₂’剖面作为与转子220的旋转轴正交的两个剖面。C₁-C₁’剖面是分别将转子220内设置的四个永久磁铁231～234二等分的剖面，C₂-C₂’剖面是通过转子220内的永久磁铁231～234与空隙260的边界面的剖面。通过将转子220沿C₁-C₁’剖面和C₂-C₂’剖面剖开，而将转子220分割成包含永久磁铁部分的第一及第二结构要素和不包含永久磁铁部分的第三结构要素，并通过将第三结构要素夹在第一及第二结构要素之间，而生成新的转子。该新生成的转子的结构相当于转子220a的结构。沿C₁-C₁’剖面将永久磁铁231、232、233、234二等分后的部分分别是永久磁铁231A及231B、永久磁铁232A及232B、永久磁铁233A及233B、永久磁铁234A及234B。

[第八变形结构]

另外，在外转子型的电动机中，与第一实施方式的第六变形结构同样地，也可以在电动机上设置励磁绕组部，并将转子内周铁心-转子外周铁心之间的空隙设置在与转子层叠铁心接合的突出部之间。实施了此种变形的电动机201的变形结构称为第八变形结构。说明第八变形结构(未叙述的事项适用上述的事项)。

第八变形结构中的转子称为转子220b。图39中为了容易理解说明而列举了第八变形结构中的电动机201的结构要素名称。图39所示的全部名称的意义从后述的说明可知。

转子220b的旋转轴为Z轴。图40是不横穿后述的突出部的剖面且沿与Z轴正交的剖面的转子220b的剖视图。转子220b包括通过将具有规定形状的磁性材料的钢板(硅钢板等)隔着绝缘膜沿Z轴方向层叠多张而形成的转子层叠铁心、和四个永久磁铁231b～234b，并通过将它们相互结合而形成。转子220b中的转子层叠铁心由内周层叠铁心240b及外周层叠铁心250b以及将两者结合的桥部(未图示)形成。

图35(a)中的符号220、231～234、240及250分别换读成符号220b、231b～234b、240b及250b时，图40中的转子220f的剖面结构与图35(a)中的转子220的剖面结构相同，只要不矛盾，相对于转子220说明的事项就可以适用于转子220b(适当忽视同一名称部位间的符号的区别)。其中，在上述的电动机201的结构中，在内周层叠铁心-外周层叠铁心之间设置了空隙，但是在第八变形结构中，在内周层叠铁心-外周层叠铁心之间未设置空隙。

即，从与上述的图36及后述的图42的比较可知，以使Z轴方向上的永久磁铁的第一及第二端面与Z轴方向上的转子层叠铁心的第一及第二端面分别位于同一平面上的方式扩大了永久磁铁231的宽度Lm’的是永久磁铁231b(永久磁铁232b～234b也同样)。除了永久磁铁的宽度不同的点之外，永久磁铁231b～234b的形状、磁极及和原点O的位置关系等与永久磁铁231～234的这些参数相同。伴随永久磁铁的宽度的扩大，外周层叠铁心的截面形状从图36所示的截面形状向后述的图42所示的截面形状变形。在第八变形结构中，在与Z轴正交的剖面未横穿后述的突出部时，相对于剖面位置的Z轴方向上的变化，转子220f的剖面结构不变。

图41(a)及(b)分别是从转子220b的旋转轴方向观察到的转子220b的外观平面图。实际上，转子220b上设有突出部，该突出部应该在图41(a)及(b)的外观平面图上出现，但是在图41(a)及(b)中舍弃了该突出部的图示(突出部的详细情况后述)。

如上所述，X轴、Y轴及Z轴在原点O相互正交。为了说明转子220b的剖面结构，假定沿图41(a)的D-D’线的剖面(以下，称为D-D’剖面)。D-D’线是将Y轴上的正的点及X轴上的正的点分别作为起点及终点且在Z轴上折弯的折线。而且，假定沿图41(b)的虚线561的剖面即沿Y轴的剖面(以下，称为Y剖面)、及沿图41(b)的虚线562的剖面即沿X轴的剖面(以下，称为X剖面)。

相对于将上述的转子层叠铁心及永久磁铁231b～234b结合而成的部件，通过进一步结合突出部而形成转子220b。

图42是将定子210的剖面和转子220b及励磁绕组部的D-D’剖面合成的图。其中，图42以及后述的图44、图45及图48中的定子210的剖面是与第六变形结构相同(参照图26)且沿通过定子210的两个齿213的中心和原点O的线的定子210的剖面。图42的左右方向与Z轴方向一致，图42的右侧对应于Z轴的正侧(后述的图44、图45及图48中也同样)。

在转子220b的D-D’剖面中，永久磁铁231b与定子210之间存在有内周层叠铁心240b的一部分，称为内周铁心主体241。同样地，在永久磁铁232b与定子210之间存在有内周层叠铁心240b的另一部分，称为内周铁心主体242(参照图39)。而且，在转子220b的D-D’剖面中，在永久磁铁231b的外周侧存在有外周层叠铁心250b的一部分，称为外周铁心主体251。同样地，在永久磁铁232b的外周侧存在有外周层叠铁心250b的另一部分，称为外周铁心主体252(参照图39)。此外，内周铁心主体241与定子层叠铁心211之间的空隙由AG₃表示，内周铁心主体242与定子层叠铁心211之间的空隙由AG₄表示。此外，永久磁铁231b内所示的箭头分别表示永久磁铁231b内的磁通的方向(其他永久磁铁也同样)。

在图42的剖视图上，除了转子层叠铁心等之外，示出与转子层叠铁心接合的突出部351a、341a、352a、342b及352b、和由励磁绕组磁轭FY’及励磁绕组FW’构成的励磁绕组部。转子220b中的励磁绕组部固定并配置在转子220b的右侧(Z轴方向上的正侧)。各突出部由对铁等磁性材料的粉末进行压缩成型后的压粉磁性材料构成(也可以通过钢板形成)。

另外，图43(a)示出从Z轴的正侧观察到的转子220b的外观平面图。在图43(a)中，带斜线的部分是从转子层叠铁心(内周层叠铁心240b及外周层叠铁心250b)的端面向Z轴的正侧突出的部分，突出部351a，341a及352a分别位于带符号351aa、341aa及352aa的虚线区域内。图43(b)示出从Z轴的负侧观察到的转子220b的外观平面图。在图43(b)中，带斜线的部分是从转子层叠铁心(内周层叠铁心240b及外周层叠铁心250b)的端面向Z轴的负侧突出的部分，突出部342b及352b分别位于带符号342bb及352bb的虚线区域内。而且，突出部352b覆盖永久磁铁232b的Z轴的负侧的端面的局部，在Z轴的正交方向即X轴方向上，在突出部342b与突出部352b之间存在有空隙352b_AG。从Z轴的负侧观察时，空隙352b_AG所处的部分不突出，该部分上不存在形成突出部的压粉磁性材料。

突出部351a、341a及352a分别以从外周铁心主体251、内周铁心主体241及外周铁心主体252的旋转轴方向上的端面沿旋转轴方向突出的方式与外周铁心主体251、内周铁心主体241及外周铁心主体252接合。其中，突出部351a、341a及352a分别从Z轴的正侧的外周铁心主体251、内周铁心主体241及外周铁心主体252的端面向Z轴的正的方向侧突出。

突出部342b及352b分别以从内周铁心主体242及外周铁心主体252的旋转轴方向上的端面沿旋转轴方向突出的方式与内周铁心主体242及外周铁心主体252接合。其中，突出部342b及352b分别从Z轴的负侧的内周铁心主体242及外周铁心主体252的端面向Z轴的负的方向侧突出。

此外，也可以是伴随形成有突出部351a及341a，使永久磁铁231b也向Z轴的正侧突出，从而使Z轴的正侧的永久磁铁231b的端面与突出部351a及341a的端面一致。

另外，图44示出将定子210的剖面和转子220b及励磁绕组部的Y剖面(沿图41(b)的虚线561的剖面)合成的图，图45示出将定子210的剖面和转子220b及励磁绕组部的X剖面(沿图41(b)的虚线562的剖面)合成的图。图44的上方对应于Y轴的正侧，图44的下方对应于Y轴的负侧。图45的上方对应于X轴的负侧，图45的下方对应于X轴的正侧。从图43(a)及(b)可知，在XY坐标面上，转子220b具有以X轴为对称轴的线对称的结构且具有以Y轴为对称轴的线对称的结构。因此，在图45的剖视图上，除了位于X轴的正侧的空隙352b_AG之外，还能观察到与空隙352b_AG相对应的X轴的负侧的空隙352b_AG’(参照图43(b))。

图46示出从Z轴方向与附图的左右方向一致的视点观察到的励磁绕组磁轭FY’的外观图。图47示出从Z轴的负侧观察到的励磁绕组磁轭FY’的向XY坐标面上投影的投影图。

励磁绕组磁轭FY’是在Z轴上具有圆心的圆柱状的磁性材料上设置具有转子220b的旋转轴作为中心线的孔部335和用于配置励磁绕组FW’的槽(凹陷)332的部件。在孔部335配置定子210。分解考虑时，励磁绕组磁轭FY’能够取为将分别具有圆筒形状的内周磁轭部331及外周磁轭部333以使它们的圆心全部位于Z轴上的方式接合在具有圆筒形状的底面磁轭部330上的部件。外周磁轭部333中的内周侧的圆的半径比内周磁轭部331中的外周侧的圆的半径大。从Z轴方向观察时，外周磁轭部333位于内周磁轭部331的外侧，槽332位于外周磁轭部333与内周磁轭部331之间。励磁绕组FW’沿内周磁轭部331的外周绕Z轴卷绕。而且，内周磁轭部331及外周磁轭部333的端面(位于底面磁轭部330的相反侧的端面)位于与Z轴正交的同一平面上。

励磁绕组磁轭FY’由对铁等磁性材料的粉末进行压缩成型后的压粉磁性材料形成(也可以通过钢板形成)。

再次参照图42，详细说明如上所述构成的励磁绕组部的配置位置。从Z轴方向观察时，励磁绕组磁轭FY’的外周的半径(换言之，外周磁轭部333中的外周侧的圆的半径)与转子220b的外周的半径一致或大体一致。

并且，以使励磁绕组磁轭FY’的内周磁轭部331与突出部341a相对向且励磁绕组磁轭FY’的外周磁轭部333与突出部351a及352a相对向的方式配置励磁绕组磁轭FY’。突出部341a的端面与内周磁轭部331的端面隔着微小的空隙相面对，且突出部351a及352a的端面与外周磁轭部333的端面隔着微小的空隙相面对。

接下来，参照图48，说明电流流过励磁绕组FW’时的磁通的情况。图48的带箭头的折线580表示电流流过励磁绕组FW’而产生的磁通的磁路及该磁通的方向。其中，带箭头的折线580的方向是使减弱永久磁铁产生的励磁磁通的方向的电流流过励磁绕组FW’时的方向。在第八变形结构中，从永久磁铁231b～234b得到的励磁磁通作为主励磁磁通(第一励磁磁通)起作用，电流流过励磁绕组FW’而产生的磁通作为副励磁磁通(第二励磁磁通)起作用。

以励磁绕组磁轭FY’的底面磁轭部330为起点考虑副励磁磁通的磁路。该磁路是以底面磁轭部330为起点，通过外周磁轭部333中的面向突出部351a的部分、突出部351a、外周铁心主体251及252、突出部352b、空隙352b_AG、突出部342b、内周铁心主体242、空隙AG₄、定子层叠铁心211、空隙AG₃、内周铁心主体241、突出部341a、内周磁轭部331中的面向突出部341a的部分、内周磁轭部331而到达底面磁轭部330的磁路。

包含内周铁心主体241及242在内的内周层叠铁心240b和与内周层叠铁心240b接合的突出部(包含341a及342b)作为整体形成“转子内周铁心”，包含外周铁心主体251及252在内的外周层叠铁心250b和与外周层叠铁心250b接合的突出部(包含351a、352a及352b)作为整体形成“转子外周铁心”。并且，以上述那样的形成副励磁磁通的磁路的方式形成及配置转子内周铁心及转子外周铁心以及励磁绕组部。由此，在产生副励磁磁通时，永久磁铁产生的主励磁磁通和励磁绕组产生的副励磁磁通的合成磁通成为定子210的电枢绕组的交链磁通。

在第八变形结构的电动机中，也能得到与第六变形结构的电动机(参照图25等)同样的作用及效果。

另外，从上述的说明可知，在内周铁心主体242的励磁绕组磁轭FY’侧未设置突出部(参照图48)。假设在内周铁心主体242的励磁绕组磁轭FY’侧也设置突出部时，通过位于图48的剖视图上的定子210下方的转子铁心部分和励磁绕组部形成闭磁路，从而副励磁磁通不再与定子210的电枢绕组交链。为了避免发生此种情况，而将内周铁心主体242与内周磁轭部331之间的空隙长取为充分大。例如，该空隙长为定子转子之间的空隙长(即，空隙AG₃及AG₄的长度)的五倍～几十倍。

增加对转子内周铁心-转子外周铁心之间设置的空隙(352b_AG或352b_AG’)的说明。由于空隙352b_AG与空隙352b_AG’的形状相同，因此关注空隙352b_AG进行说明。如图43(b)所示，在XY坐标面上，空隙352b_AG成为从第一扇型除去第二扇型而剩余的弓形图形。第一及第二扇型的中心角为90度。在XY坐标面上，第二扇型的半径与内周层叠铁心240b的外周圆的半径一致(其中，该一致并非必须)，第一扇型的半径比内周层叠铁心240b的外周圆的半径大且比外周层叠铁心250b的内周圆的半径小。

在第八变形结构中(参照图36及图42)，将永久磁铁232b的两极间方向上的永久磁铁232b的长度(即，与Z轴正交的方向上的永久磁铁231b的长度)取为永久磁铁的厚度Tm’，并将Z轴方向上的永久磁铁232b的长度取为永久磁铁的宽度Lm’。此外，将与Z轴正交的方向上的空隙352b_AG的长度(即，图42的上下方向的空隙352b_AG的长度)取为空隙的厚度Ta’，并将Z轴方向上的空隙352b_AG的长度(即，图42的左右方向的空隙352b_AG的长度)取为空隙的宽度La’。如上所述，空隙的厚度为d轴方向上的空隙352b_AG的长度。

并且，在将空隙宽度La’相对于(Lm’+La’)的比率(即，La’/(Lm’+La’))作为空隙宽度比率，并将空隙厚度Ta’相对于Tm’的比率(即，Ta’/Tm’)作为空隙厚度比率的基础上，适用第一实施方式的基本结构的说明所述的空隙厚度比率的设定方法即可。即，将“Ta’≤0.5×Tm’”成立的空隙(352b_AG或352b_AG’)配置在转子内周铁心-转子外周铁心之间且根据空隙宽度比率设定空隙厚度比率的下限即可。

<第三实施方式>

接下来，说明本发明的第三实施方式。在第三实施方式中，说明利用了第一或第二实施方式中说明的电动机的电动机驱动系统。

图49是第三实施方式的电动机驱动系统的整体框图。电动机驱动系统具备：电动机401；向电动机401内的电枢绕组供给电枢电流而驱动电动机401内的转子旋转的PWM(Pulse Width Modulation)逆变器402；由微型计算机等形成，通过PWM逆变器402控制电动机401的电动机控制装置403；电流传感器411。

电动机401是第一或第二实施方式所述的任意的电动机。在设置于电动机401的定子的各槽卷绕线圈，通过将各线圈适当地接线，而将电动机401形成为三相式的永久磁铁同步电动机。因此，在电动机401的定子上设置U相、V相及W相的电枢绕组。

从PWM逆变器402向电动机401供给的电枢电流的U相分量、V相分量及W相分量由电流传感器411检测，电动机控制装置403基于该检测值，控制PWM逆变器402，以使电动机410中的转子以所希望的旋转速度进行旋转。PWM逆变器402通过将对应于该控制的三相交流电压施加给电枢绕组而供给电枢电流，来驱动转子旋转。

电动机控制装置403控制PWM逆变器402时，可以使用公知的矢量控制。并且，在电动机401的高速旋转区域中，根据需要，通过以将负的d轴电流向电动机401的电枢绕组供给的方式控制PWM逆变器402来实现弱励磁控制。此外，矢量控制时应该导出的d轴的相位(所谓磁极位置)基于电流传感器411的检测值通过推定处理或通过使用了磁极位置传感器(霍尔元件、解析器等)的检测处理来导出。而且，使用具有励磁绕组部的电动机(上述的第六或第八变形结构的电动机)作为电动机401时，PWM逆变器402中包含用于向励磁绕组FW或FW’供给励磁电流的励磁回路，从而能够取代向电枢绕组供给负的d轴电流而通过向励磁绕组FW或FW’供给励磁电流来实现弱励磁控制。

另外，作为适用上述的电动机驱动系统的设备，图50中示出压缩机500。图50是压缩机500的外观图。图49所示的电动机驱动系统设置于压缩机500。压缩机500以电动机401的旋转力(严格来说是电动机401中的转子的旋转力)为驱动源进行制冷剂气体(未图示)的压缩。压缩机500的种类任意。例如，压缩机500为涡旋式压缩机、活塞式压缩机或旋转式压缩机。

<变形等>

上述说明文中所示的具体的数值只不过是例示，当然能够变更成各种各样的数值。作为上述的实施方式的变形例或注释事项，以下，标记为注释1～注释3。各注释所记载的内容只要不矛盾，就可以任意组合。

[注释1]

在第一及第二实施方式中，说明了设置在一个转子内的多个永久磁铁的形状及尺寸在这多个永久磁铁之间完全相同的情况，但也可以在多个永久磁铁之间存在不同。同样地，在第一实施方式中，说明了设置在一个转子内的多个空隙的形状及尺寸在这多个空隙之间完全相同的情况，但也可以在多个空隙之间存在不同。

[注释2]

在第一及第二实施方式所述的转子内设置的非磁性体(图4的非磁性体25～28等)应该由空气充满，也可以是仅为空间。

[注释3]

电动机控制装置403的功能的一部分或全部使用装入到例如通用微型计算机等中的软件(程序)实现。当然，也可以不是软件(程序)，而仅通过硬件，或通过软件和硬件的组合，来形成电动机控制装置403。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后).一种永久磁铁同步电动机，其特征在于，

具备：将永久磁铁、位于比所述永久磁铁靠内周侧的内周铁心及位于比所述永久磁铁靠外周侧的外周铁心结合而形成的转子；形成有电枢绕组的定子，

电流沿减弱所述永久磁铁产生的所述电枢绕组的交链磁通的方向流过所述电枢绕组，

所述永久磁铁的两极间方向上的所述永久磁铁的厚度为T_M时，在所述转子的所述外周铁心与所述内周铁心之间设置具有(1/2×T_M)以下厚度的空隙。

2.根据权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

沿所述永久磁铁产生的磁通的方向取得d轴时，形成为(1/2×T_M)以下的所述空隙的厚度为所述d轴方向上的所述空隙的长度。

3.根据权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述空隙的厚度为(1/5×T_M)以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述永久磁铁包含两个永久磁铁而形成1极的永久磁铁，

所述空隙配置在所述两个永久磁铁间。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述空隙和与所述永久磁铁的两极间方向正交的方向上的所述永久磁铁的端面相邻。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述空隙和所述永久磁铁在与所述转子的旋转轴正交的面方向上相邻。

7.根据权利要求6所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述转子的所述内周铁心及所述外周铁心通过沿所述转子的旋转轴方向层叠多个钢板而形成。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述转子的所述内周铁心及所述外周铁心分别包含通过沿所述转子的旋转轴方向层叠多个钢板形成的内周层叠铁心及外周层叠铁心，

分别相对于所述内周层叠铁心及所述外周层叠铁心结合由沿所述转子的旋转轴方向突出的磁性材料构成的突出部，

所述空隙设置在与所述内周层叠铁心结合的突出部和与所述外周层叠铁心结合的突出部之间。

9(修改后).根据权利要求8所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

还具备配置在所述转子的旋转轴方向上的端部外侧的由励磁绕组及励磁绕组磁轭构成的励磁绕组部，

在所述励磁绕组部产生磁通时，所述永久磁铁的产生磁通和所述励磁绕组部的产生磁通的合成磁通将所述电枢绕组交链。

10.根据权利要求9所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

以使所述励磁绕组部的产生磁通经由所述突出部及空隙且通过经由所述励磁绕组磁轭、所述内周铁心及所述外周铁心以及所述定子的铁心的磁路的方式形成所述突出部及所述励磁绕组磁轭。

11.一种电动机驱动系统，其特征在于，具备：

权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机；

向所述电动机供给电枢电流而驱动所述电动机的逆变器；

通过所述逆变器控制所述电动机的电动机控制装置。

12.一种压缩机，以权利要求11所述的电动机驱动系统所具备的永久磁铁同步电动机的旋转力为驱动源。

Claims (12)

1.一种永久磁铁同步电动机，其特征在于，

具备：将永久磁铁、位于比所述永久磁铁靠内周侧的内周铁心及位于比所述永久磁铁靠外周侧的外周铁心结合而形成的转子，

所述永久磁铁的两极间方向上的所述永久磁铁的厚度为T_M时，在所述转子的所述外周铁心与所述内周铁心之间设置具有(1/2×T_M)以下厚度的空隙。

2.根据权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

沿所述永久磁铁产生的磁通的方向取得d轴时，形成为(1/2×T_M)以下的所述空隙的厚度为所述d轴方向上的所述空隙的长度。

3.根据权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述空隙的厚度为(1/5×T_M)以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述永久磁铁包含两个永久磁铁而形成1极的永久磁铁，

所述空隙配置在所述两个永久磁铁间。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述空隙和与所述永久磁铁的两极间方向正交的方向上的所述永久磁铁的端面相邻。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述空隙和所述永久磁铁在与所述转子的旋转轴正交的面方向上相邻。

7.根据权利要求6所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述转子的所述内周铁心及所述外周铁心通过沿所述转子的旋转轴方向层叠多个钢板而形成。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述转子的所述内周铁心及所述外周铁心分别包含通过沿所述转子的旋转轴方向层叠多个钢板形成的内周层叠铁心及外周层叠铁心，

分别相对于所述内周层叠铁心及所述外周层叠铁心结合由沿所述转子的旋转轴方向突出的磁性材料构成的突出部，

所述空隙设置在与所述内周层叠铁心结合的突出部和与所述外周层叠铁心结合的突出部之间。

9.根据权利要求8所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

还具备配置在所述转子的旋转轴方向上的端部外侧的由励磁绕组及励磁绕组磁轭构成的励磁绕组部，

在所述励磁绕组部产生磁通时，所述永久磁铁的产生磁通和所述励磁绕组部的产生磁通的合成磁通将该永久磁铁同步电动机的定子的电枢绕组交链。

10.根据权利要求9所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

以使所述励磁绕组部的产生磁通经由所述突出部及空隙且通过经由所述励磁绕组磁轭、所述内周铁心及所述外周铁心以及所述定子的铁心的磁路的方式形成所述突出部及所述励磁绕组磁轭。

11.种电动机驱动系统，其特征在于，具备：

权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁同步电动机；

向所述电动机供给电枢电流而驱动所述电动机的逆变器；

通过所述逆变器控制所述电动机的电动机控制装置。

12.一种压缩机，以权利要求11所述的电动机驱动系统所具备的永久磁铁同步电动机的旋转力为驱动源。

Images