(57)【要約】【課題】高強度で、かつ、永久磁石からの漏れ磁束を効果的に抑止することのできるアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータを提供する。【解決手段】ステータの周りで筒状のロータが回転するとともに、該ロータ内に磁石が埋設されている、アウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータ１００であり、このロータ１００は、外周側のコア体１０と、該コア体１０の内側の圧粉体３０と、から形成されており、コア体１０と圧粉体３０の間に永久磁石２０が介層されており、圧粉体３０は、磁性体３１と、非磁性体３２，３２’と、から形成されており、永久磁石２０に対応する位置には磁性体３１が配設され、隣接する磁極を形成する永久磁石２０，２０の間に非磁性体３２が配されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータの周りで筒状のロータが回転するとともに、該ロータ内に磁石が埋設されている、アウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータであって、
前記ロータは、外周側のコア体と、該コア体の内側の圧粉体と、から形成されており、
前記コア体と前記圧粉体の間に永久磁石が介層されており、
前記圧粉体は、磁性体と、非磁性体と、から形成されており、前記永久磁石に対応する位置には磁性体が配設され、隣接する磁極を形成する永久磁石と永久磁石の間には前記非磁性体が配されている、アウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータ。
【請求項２】
前記隣接する磁極を形成する永久磁石と永久磁石の間には２つの前記非磁性体が配され、該２つの非磁性体の間に磁束が流れる中間磁性体が介在している、請求項１に記載のアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータ。
【請求項３】
２つの永久磁石を間隔を置いて平面視でＶ字状に配して一つの磁極が形成される場合に、該間隔に配される非磁性体を前記圧粉体がさらに具備している、請求項２に記載のアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータ。
【請求項４】
前記コア体が鋳鉄系磁性材料からなる、請求項１〜３のいずれかに記載のアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータ。
【請求項５】
前記コア体は、前記外周側となる筒体と、該筒体の一方の開口を閉塞する面盤と、
該面盤の中央に位置して、前記ステータに開設された貫通孔を通る回転軸と、
が一体に成形されている、請求項４に記載のアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のロータと、その内側に配されたステータと、からなる、アウターロータ型ＩＰＭモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータの周りで筒状のロータが回転するとともに、該ロータ内に磁石が埋設されている、アウターロータ型ＩＰＭモータとそのロータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業においては、ハイブリッド自動車や電気自動車のさらなる走行性能の向上を目指して、駆動用モータの高出力化、軽量化、小型化への開発が日々進められている。また、家電製品メーカーにおいても、各種家電製品に内蔵されるモータのさらなる小型化、高性能化への開発に余念がない。
【０００３】
上記するモータには、特許文献１で開示するようなステータ内部に配されたロータが回転するインナーロータ型モータと、ステータの外周に筒状のロータが回転するアウターロータ型モータが存在する。このアウターロータ型モータの利点としては、ロータの外径をモータ外径に対して限界まで大きくすることができ、中心から作用点までの距離（径）を大きくすることでトルク性能を向上できること、この径を大きくすることによって永久磁石の表面積を大きく取ることもでき、この場合には、トルク性能をより一層向上できること、などを挙げることができる。
【０００４】
ところで、インナーロータ型であって、永久磁石がロータ内に埋設されてなるＩＰＭモータにおいては、永久磁石の端部とロータ内周面（ステータに対応する側面）との距離を可及的に狭くすることでこの領域における磁束を流れ難くし、漏れ磁束を低減して磁石の磁束をより有効利用することでモータのトルク性能の向上を図ろうとしている。これを図７を参照して説明すると、ロータＲ内に平面視でＶ字状に配された永久磁石Ｅ，Ｅに関し、その端部からロータ側面までの領域（領域Ａ）の距離：Ｌを短くすることにより、漏れ磁束Ｍを生じ難くするというものである。
【０００５】
しかし、上記のごとく、永久磁石Ｅの端部からロータ側面までの距離：Ｌを短くすることにより、漏れ磁束は流れ難くなる一方、今度は領域Ａが狭くなるためにロータ強度が低下することは理解に易い。特に、この領域Ａには、ロータ回転によって永久磁石に遠心力が作用し、この永久磁石の遠心力が直接的に作用する部位であることから、当該領域Ａには十分な強度が要求されている。そこで、領域Ａを可及的に狭くしながらもその強度を向上させるために、たとえばロータを構成する電磁鋼板自体の強度を向上させようとすると、今度はロータの磁気特性が悪化し、モータのトルク性能を低下させることになってしまう。
【０００６】
そこで、永久磁石の端部からロータ側面までの領域に部分的に非磁性化処理をおこなうことにより、領域Ａにおける漏れ磁束を低減しようとするアプローチもある。このアプローチにおいては、ロータコアが鋼板積層体からなる場合において、コア積層後にレーザ照射によって非磁性化処理おこなう方策が一般に考えられる。しかし、領域Ａのレーザ照射は可能であるものの、永久磁石Ｅ，Ｅ間の領域Ｂはロータ内部に位置し、レーザ照射のための十分なスペースが無い領域に位置するために、レーザ照射による非磁性化処理が実質不可能であり、有効な漏れ磁束の低減には至らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１６７５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、ＩＰＭモータ用ロータに関し、高強度で、かつ、永久磁石からの漏れ磁束を効果的に抑止することのできるロータと、このロータを具備するアウターロータ型ＩＰＭモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明によるアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータは、ステータの周りで筒状のロータが回転するとともに、該ロータ内に磁石が埋設されている、アウターロータ型ＩＰＭモータであって、前記ロータは、外周側のコア体と、該コア体の内側の圧粉体と、から形成されており、前記コア体と前記圧粉体の間に永久磁石が介層されており、前記圧粉体は、磁性体と、非磁性体と、から形成されており、前記永久磁石に対応する位置には磁性体が配設され、隣接する永久磁石と永久磁石の間に前記非磁性体が配されているものである。
【００１０】
本発明のアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータを構成する外周側のコア体は、電磁鋼板を積層してなる鋼板積層体から形成されるもの、圧粉磁心から成形されるもの、など、その構成素材は特に限定されるものではない。
【００１１】
たとえば、上記するコア体の内側、すなわち、ステータ側の側面に複数の永久磁石が接着等で固定され、次いで、このコア体との間で永久磁石を挟持するように、永久磁石のさらに内側に圧粉体が嵌め込まれる等しながら配される。
【００１２】
この圧粉体は、磁性体と非磁性体とから構成されており、たとえば永久磁石の表面などの、永久磁石に対応する位置に磁性体が配されている。また、コア体の内側表面では、永久磁石の存在しない部位に対して永久磁石が内側に突出した姿勢となっていることから、隣接する永久磁石と永久磁石の間（２つの永久磁石がＶ字配置で１つの磁極を形成する場合には、一つの磁極を形成する永久磁石の間、および、磁極と磁極の間）には空間が形成されるが、この空間に、上記する非磁性体が配されるようになっている。
【００１３】
ここで、磁性体と非磁性体からなる圧粉体は、たとえば、磁性粉末と非磁性粉末を成形型のキャビティ内に収容し、一気に加圧成形するといった二色成形法などによって成形できる。
【００１４】
永久磁石の内側表面に磁性体が存在することで、特に高周波磁気特性を向上させることができる。
【００１５】
また、磁性体の両側に非磁性体が存在することで、漏れ磁束（もしくは磁束の回り込み）を効果的に抑止でき、モータのトルク性能、回転効率などを向上させることができる。
【００１６】
さらに、アウターロータであることから、上記するインナーロータ型モータの場合の課題は生じ得ない。
【００１７】
ここで、前記隣接する永久磁石と永久磁石の間に２つの前記非磁性体が配され、該２つの非磁性体の間に磁束が流れる中間磁性体が介在している形態がより好ましい。
【００１８】
リラクタンストルクを向上させるためには、ステータコアからロータコア、ロータコア内の永久磁石、永久磁石からロータコアを介してステータコアへ、という磁束の効率的な流れが確保される必要がある。そこで、非磁性体の間に中間磁性体を介在させることで、この中間磁性体と、永久磁石の内側に配された磁性体と、で上記する磁束の流れ（バイパス）を形成するものである。
【００１９】
また、本発明によるアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータの好ましい実施の形態は、前記コア体が鋳鉄系磁性材料からなるものである。
【００２０】
ここで、「鋳鉄系磁性材料」とは、鉄を主成分とした炭素含有の材料のことであり、その一例として鋳鉄や鋼を挙げることができ、さらには、これに添加元素である、ケイ素、ニッケル、コバルト、アルミニウム、バナジウム、ボロン（ホウ素）、タングステン、モリブデン、チタン及びリンなどを含む材料であってもよい。
【００２１】
鋳鉄系磁性材料は、電磁鋼板等に比して廉価であり、これを使用して鋳造することで、多様な形状のコア体を容易に成形することができる。また、永久磁石の裏側（アウターロータではそのコア体）では、磁束の変動がほとんどなく、磁束を流すバイパスを形成できればよいことから、可及的に廉価で、しかも磁性を有し、豊富な形状バリエーションを含む成形性が良好で、しかも高強度な、鋳鉄系磁性材料からなるコア体からなるアウターロータは、モータ性能と製造コストの両面で優れている。
【００２２】
上記するコア体を鋳鉄系磁性材料から成形する場合には、その良好な成形性から、多様な形状のコア体を成形できる。たとえば、前記外周側となる筒体と、該筒体の一方の開口を閉塞する面盤と、該面盤の中央に位置して、前記ステータに開設された貫通孔を通る回転軸（回転シャフト）と、が一体に成形されている形態の場合には、回転軸をコア体と一体に成形できることで、該ロータを具備するアウターロータ型ＩＰＭモータの製造効率性の向上、製造コストのさらなる低減に繋がる。
【発明の効果】
【００２３】
以上の説明から理解できるように、本発明のアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータによれば、アウターロータ型を適用すること、および、永久磁石に対応する内側の位置に磁性体を配し、この磁性体と隣接する磁性体の間に非磁性体を配したこと、により、永久磁石からの漏れ磁束を抑止でき、高周波特性に優れ、トルク性能に優れ、しかも高強度なアウターロータ型ＩＰＭモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータの一実施の形態を示した斜視図である。
【図２】図１のロータを製造する方法を示した斜視図である。
【図３】図２に続いて、図１のロータを製造する方法を示した斜視図である。
【図４】図３に続いて、図１のロータを製造する方法を示した斜視図である。
【図５】ロータ回転時に作用する遠心力、および、ロータ内の磁束の流れの一形態を示した模式図である。
【図６】従来のインナーロータ型ＩＰＭモータ（比較例）と、本発明のアウターロータ型ＩＰＭモータのトルクを比較した解析結果である。
【図７】従来のインナーロータ型ＩＰＭモータ用ロータにおいて、永久磁石からの漏れ磁束を模式的に示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例においては、中央に配されるステータの図示やこのステータに巻装されるコイルの図示を省略している。
【００２６】
図１は、本発明のアウターロータ型ＩＰＭモータ用ロータの一実施の形態を示した斜視図である。
【００２７】
このロータ１００は、円盤１２と、この円盤１２の外郭に沿うようにして立ち上がる筒体１１と、この円盤１２の中央位置で立ち上がる回転軸１３と、が鋳鉄系磁性材料にて一体に成形されたコア体１０と、コア体１０の内側面に接着された永久磁石２０（２つの永久磁石２０が平面視でＶ字状に配されて一つの磁極を形成している）と、永久磁石２０に対応する内側位置に配された磁性体３１と、隣接する磁性体３１，３１を繋ぐ非磁性体３２と、から構成された圧粉体３０と、から大略構成されている。
【００２８】
図２〜４は、順に、図１で示すロータ１００の製造方法を概説した模式図である。この製造方法とともに、ロータ１００の各構成部材を詳細に説明する。
【００２９】
図２は、成形されたコア体１０を示したものである。このコア体１０は、その構成要素である、円盤１２、筒体１１、回転軸１３が一体に成形されている。この成形方法は、図示形状のキャビティを有する鋳型（不図示）内に、鋳鉄系磁性材料からなる溶湯を流し込み、鋳造することで成形される。
【００３０】
図２において、その内側側面の形状は、一極当たり２つの永久磁石を接着するための被接着面１１ａ，１１ａが、内側に突で平坦な介在面１１ｂを介して設けられ、隣接する磁極間には、外側に突で平坦な介在面１１ｃが介在しており、これらが周方向に磁極数だけ設けられた形状を呈している。
【００３１】
ここで、鋳鉄系磁性材料とは、たとえば、鋳鉄や鋼などの鉄を主成分とした炭素含有の材料や、この主成分にさらに、添加元素である、ケイ素、ニッケル、コバルト、アルミニウム、バナジウム、ボロン（ホウ素）、タングステン、モリブデン、チタン及びリンなどを混合した材料、などを挙げることができる。
【００３２】
鋳鉄をはじめとする鋳鉄系磁性材料は、その材料コストが電磁鋼板などに比して格段に廉価であり、しかも、鋳造によって成形できることから、その形状バリエーションも豊富であり、図示のごとき回転軸１３を筒体１１と一体に成形できることから、モータ製造効率を高めることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００３３】
次いで、図３で示すように、鋳造されたコア体１０の被接着面１１ａに、永久磁石２０を熱硬化性の接着剤（たとえばエポキシ系接着剤）にて接着固定する。なお、この永久磁石２０は、希土類磁石やフェライト磁石、アルニコ磁石等を包含するものであり、希土類磁石としては、ネオジムに鉄とボロンを加えた３成分系のネオジム磁石、サマリウムとコバルトとの２成分系の合金からなるサマリウムコバルト磁石、サマリウム鉄窒素磁石、プラセオジム磁石などを挙げることができる。中でも、希土類磁石はフェライト磁石やアルニコ磁石に比して最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが高いことから、高出力が要求されるハイブリッド車等の駆動用モータへの適用に好適である。
【００３４】
また、図４で示す形態の圧粉体３０を、コア体１０とは別体に成形しておく。
【００３５】
この圧粉体３０は、図３で形成された永久磁石２０が配されたコア体１０の内側の形状に適合した外郭形状を有しており、図４で示す矢印方向に嵌め込むことでその周り止めが講じられ、図１で示すロータ１００が形成できるようになっている。
【００３６】
この圧粉体３０は、コア体１０に嵌め込まれた際に、永久磁石２０に対応する位置に配される磁性体３１と、隣接する磁性体３１，３１を繋ぐ非磁性体３２とから大略構成されているが、より詳細には、磁性体３１，３１間に、非磁性体３２，３２と、この非磁性体３２，３２間に介在する中間磁性体３３と、が介在する形態となっている。さらに、磁性体３１の外側中央には、磁極を形成する２つの永久磁石２０，２０間の隙間に介在する非磁性体３２'が設けられている。
【００３７】
この圧粉体３０は、磁性体３１用の磁性粉末と、非磁性体３２，３２’用の非磁性粉末を、それぞれ不図示の成形型のキャビティの所望部位に充填し（適宜のセパレータにて双方が画成され、充填終了後にセパレータが取り除かれる方法などであってもよい）、加圧成形する、２色成形法にて製造できる。
【００３８】
なお、磁性粉末としては、モータを構成するロータコアやステータコア、リアクトルコア等を圧粉磁心にて形成する際の素材である、純鉄や鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などを使用することができる。これらの磁性体３１が永久磁石２０の表面を被覆することで、高周波磁気特性に優れたモータが得られる。
【００３９】
一方、非磁性粉末としては、アルミニウムや銅などの非磁性金属、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂からなる粉末、シリカなどのセラミックス粉末など、を挙げることができる。
【００４０】
永久磁石２０，２０の両側に、非磁性体３２、３２’が存在することで、永久磁石２０からの漏れ磁束を効果的に抑止できる。
【００４１】
図５は、ロータ回転時に作用する遠心力（慣性力）、および、ロータ内の磁束の流れの一形態を示した模式図である。
【００４２】
同図より、ロータ１００が回転した際には（Ｘ方向）、その径方向外側に向かう遠心力（矢印Ｆ）が各永久磁石２０に作用する。この作用する遠心力に対して、永久磁石２０はその背面にある高強度な筒体１１にて安定的に支持される。
【００４３】
さらに、不図示のステータから筒体１１を通り、永久磁石２０を通る多様な磁束の流れＧに関し、永久磁石２０、２０間に中間磁性体３３が設けられていることで、磁束の流れＧのための十分な磁性ルートが担保され、これが無い形態に比して、モータトルクに寄与するリラクタンストルクを向上させることができ、もってモータトルクを向上させることができる。
【００４４】
[従来のインナーロータ型ＩＰＭモータ（比較例）と、本発明のアウターロータ型ＩＰＭモータのトルクを比較した解析とその結果]
本件特許発明は、コンピュータ内で、従来のインナーロータ型ＩＰＭモータモデル（比較例）と、図１で示すロータを具備する発明のアウターロータ型ＩＰＭモータモデル（実施例）を作成し、永久磁石の寸法や数は双方で同一とした条件の下で、磁場解析にて双方のトルク値をシミュレートした。その解析結果を図６に示している。
【００４５】
図６では、比較例のトルク値を１００としてグラフ化し、これに対する実施例のトルク値をグラフ化している。同図より、実施例では、トルク値がおよそ２５％程度も向上することが実証された。
【００４６】
なお、本発明者等の検証によれば、上記２５％のうちの１５％程度は、インナーロータからアウターロータとしたことでロータ径が増加し、これに起因してトルクが増加したことに相間するものであり、残りの１０％程度は、永久磁石の両側に非磁性体を設けたこと（より詳細には、さらに、非磁性体の間に中間磁性体を設けたこと）で、漏れ磁束が抑止され、これに起因してトルクが増加したことに相間するものである、との知見が得られている。
【００４７】
このように、廉価な材料コスト（したがって廉価な製造コスト）により、トルク性能に優れたロータを具備する、インナーロータ型ＩＰＭモータは、近似その生産が盛んであって、かつ車載機器に経済性（低製造コスト）と高性能を要求している、ハイブリッド車や電気自動車の駆動用モータに好適である。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０…コア体、１１…筒体、１２…面盤、１３…回転軸（シャフト）、２０…永久磁石、３０…圧粉体、３１…磁性体、３２，３２’…非磁性体、３３…中間磁性体、１００…ロータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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