(57)【要約】【課題】コストアップを抑制することが可能な永久磁石式回転機を提供する。【解決手段】永久磁石が埋め込まれたロータと、ロータを囲繞し集中巻が施されたステータとを備え、永久磁石がロータの回転軸周りに周方向に複数配置され、かつ各永久磁石がロータの回転軸方向に延設された永久磁石式回転機であって、各永久磁石をロータの回転軸方向に沿った複数箇所で分割するとともに、分割した永久磁石１２Ａ〜１２Ｄのうち、高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃをロータの中央部に、低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄをロータの両端部にそれぞれ配置した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石が埋め込まれたロータと、前記ロータを囲繞し集中巻が施されたステータとを備え、前記永久磁石が前記ロータの回転軸周りに周方向に複数配置され、かつ前記各永久磁石が前記ロータの回転軸方向に延設された永久磁石式回転機であって、
前記各永久磁石を前記ロータの回転軸方向に沿った複数箇所で分割するとともに、
前記分割した永久磁石のうち、高保磁力磁石を前記ロータの中央部に、低保磁力磁石を前記ロータの両端部にそれぞれ配置したことを特徴とする永久磁石式回転機。
【請求項２】
前記低保磁力磁石として、その残留磁束密度が前記高保磁力磁石の残留磁束密度に合致する磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転機。
【請求項３】
前記低保磁力磁石として、その残留磁束密度が前記高保磁力磁石の残留磁束密度よりも高い磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転機。
【請求項４】
前記高保磁力磁石として、前記低保磁力磁石に対して重希土類元素を粒界に集中的に拡散させる処理を施した磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転機。
【請求項５】
前記分割された永久磁石の各々には表面に絶縁コーティングが施されているか、または各永久磁石間に絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の永久磁石式回転機。
【請求項６】
直方体状の低保磁力磁石に対して重希土類元素を粒界に集中的に拡散させる処理を施した後、当該磁石を複数個に分割し、その分割した複数個の磁石のうち、両端部の磁石を高保磁力磁石とし、中央部の磁石を低保磁力磁石とすることを特徴とするロータ用永久磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータに複数の永久磁石を有する永久磁石式回転機、及びロータ用永久磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、永久磁石式回転機は、複数の永久磁石がロータコアに埋め込まれたロータと、ロータを囲繞し当該ロータとの間に空隙を持って配置されたステータとを備えている。このような永久磁石式回転機においては、ロータ回転駆動中に永久磁石内で渦電流が発生しており、これにより、回転機の出力が低下するとともに、永久磁石が発熱して、永久磁石の不可逆減磁を起こしてしまう。特に、永久磁石を有するロータと、集中巻が施されたステータとを組み合わせた場合、永久磁石内を鎖交する磁束の変化が大きくなるため、永久磁石内には大きな渦電流が発生する。
【０００３】
そこで、永久磁石を複数に分割して、各永久磁石の表面を絶縁材でコーティングしたり、各永久磁石間に絶縁層を設けたりして、永久磁石内に渦電流が発生するのを抑制するようにした永久磁石式回転機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２４７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、ロータの軸方向に沿って複数個に分割（ロータの軸方向に沿った複数箇所で分割）した永久磁石が、全て減磁性能の高い保磁力を有する永久磁石を採用しているため、過剰な設計であり、コスト高になるという問題点がある。
【０００６】
本発明の課題は、コストアップを抑制することが可能な永久磁石式回転機、及び該永久磁石式回転に用いられるロータ用永久磁石の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の永久磁石式回転機では、永久磁石が埋め込まれたロータと、前記ロータを囲繞し集中巻が施されたステータとを備え、前記永久磁石が前記ロータの回転軸周りに周方向に複数配置され、かつ前記各永久磁石が前記ロータの回転軸方向に延設されている。
【０００８】
そして、本発明の永久磁石式回転機では、前記各永久磁石を前記ロータの回転軸方向に沿った複数箇所で分割するとともに、前記分割した永久磁石のうち、高保磁力磁石を前記ロータの中央部に、低保磁力磁石を前記ロータの両端部にそれぞれ配置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の永久磁石式回転機によれば、コストの高い高保磁力磁石をロータの中央部に、コストの低い低保磁力磁石をロータの両端部にそれぞれ配置したので、永久磁石式回転機のコストアップを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る永久磁石式回転に搭載されるロータの斜視図である。
【図２】永久磁石を分割したときの、磁石温度分布を示す図である。
【図３】永久磁石式回転機の隣にトランスミッションのような発熱体がレイアウトされた場合の、磁石温度分布を示す図である。
【図４】（ａ）は参考例による保磁力分布、及び磁石温度分布を示す図、（ｂ）は実施例１による保磁力分布、及び磁石温度分布を示す図である。
【図５】（ａ）は参考例による保磁力分布、磁束密度分布、及び磁石温度分布を示す図、（ｂ）は実施例２による保磁力分布、磁束密度分布、及び磁石温度分布を示す図である。
【図６】（ａ）は参考例による保磁力分布、磁束密度分布、及び磁石温度分布を示す図、（ｂ）は実施例３による保磁力分布、磁束密度分布、及び磁石温度分布を示す図である。
【図７】（ａ）は参考例による保磁力分布、磁束密度分布、及び磁石温度分布を示す図、（ｂ）は実施例４による保磁力分布、磁束密度分布、及び磁石温度分布を示す図である。
【図８】低保磁力磁石に対して重希土類元素を粒界に集中的に拡散させる処理を施した場合の、磁石のＢ−Ｈ特性を示す図である。
【図９】実施例５を示し、ロータ用永久磁石の製造手順を説明する図である。
【図１０】図９の手順により得られた永久磁石をロータに組み込んだときの、保磁力分布、磁束密度分布及び磁石温度分布を示す図である。
【図１１】（ａ）は実施例２による保磁力分布、磁束密度分布、及び磁石温度分布を示す図、（ｂ）は実施例６による保磁力分布、磁束密度分布、及び磁石温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明に係る永久磁石式回転に搭載されるロータの斜視図である。図１に示すように、ロータ１０はロータコア１１を有する。ロータコア１１は珪素鋼板が積層された円柱体構造を成し、その中央部には図示しないモータ軸（回転軸）が挿入される貫通孔１１Ａが形成されている。
【００１３】
ロータコア１１の周縁部には４箇所に嵌合孔１１Ｂが形成され、これら嵌合孔１１Ｂには永久磁石１２が嵌合されている。各永久磁石１２はロータコア１１の周縁部に等間隔に配置され、また、貫通孔１１Ａに沿って（つまり、ロータ１０の回転軸に沿って）延設されている。
【００１４】
ロータコア１１の上下端面には円形状のエンドプレート１３（図２及び図３参照）が設けられる。図には示してないが、ロータコア１１を囲繞するステータが設けられている。このステータは、ロータコア１１の外周面１１Ｃとの間に空隙を持って配置され、また、集中巻が施されている。
【００１５】
本実施例では、永久磁石１２は、ロータ１０の回転軸方向に沿った複数箇所で分割され、永久磁石１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄからなっている。ここで、永久磁石１２Ｂ，１２Ｃは高保磁力磁石であり、永久磁石１２Ａ，１２Ｄは低保磁力磁石である。そして、永久磁石１２Ｂ，１２Ｃはロータ１０の軸方向に沿って中央部に、低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄはロータ１０の軸方向に沿って両端部（エンドプレート１３に近い側）にそれぞれ配置されている。
【００１６】
永久磁石１２Ａ〜１２Ｄには表面に絶縁コーティングを施してもよい。また、永久磁石１２Ａと永久磁石１２Ｂとの間、永久磁石１２Ｂと永久磁石１２Ｃとの間、永久磁石１２Ｃと永久磁石１２Ｄとの間に絶縁層を各々設けてもよい。
【００１７】
ところで、永久磁石１２Ａ〜１２Ｄのように分割すると、図２に示すように、永久磁石での発熱が抑制される。各永久磁石１２Ａ〜１２Ｄにおける熱の流れ（抜熱性能）は、ロータ１０の軸方向中央部が最も熱の逃げが悪く、回転駆動中に軸方向中央部の磁石温度が高くなる。これは、各永久磁石１２Ａ〜１２Ｄを絶縁コーティングしたこと、又は、各永久磁石１２Ａ〜１２Ｄ間に絶縁層を設けたことによって引き起こされた熱抵抗の増加が主要因である。
【００１８】
分割された永久磁石１２Ａ〜１２Ｄを有する永久磁石式回転機の隣に、例えば図３に示すトランスミッション１４のような発熱体がレイアウトされているときは、トランスミッション１４からの受熱により、トランスミッション１４に近い側の永久磁石１２Ｄの温度が高くなる。すなわち、ロータ１０の軸方向での磁石温度分布を見た場合、それぞれの磁石の抜熱性能の違いから、永久磁石の温度に差異が生じる。
【００１９】
通常、永久磁石式回転機を設計する際、回転駆動中の永久磁石の最大到達温度から、不可逆な熱減磁に至らない必要十分な耐減磁性能（保磁力）を有した永久磁石を使用する必要がある。これに対し、ロータ１０の軸方向に沿って全て耐減磁性能の高い永久磁石を配置した場合、軸方向の磁石温度の不均一さが考慮されず、高温部で耐減磁性能を満足したとしても、低温部では不可逆熱減磁に対し過剰な設計となってしまう。
【００２０】
次に、本実施例の作用を図４を用いて説明する。図４（ａ）は参考例であって、永久磁石の全てが高保磁力磁石１２Ａ’，１２Ｂ’，１２Ｃ’，１２Ｄ’からなっている。これに対し、図４（ｂ）は本実施例を示し、ロータ１０の軸方向中央部に高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃが、ロータ１０の軸方向両端部に低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄがそれぞれ配置されている。
【００２１】
参考例では、高温部（Ｂ，Ｃ部）では必要な保磁力を確保できているとした場合、低温部（Ａ，Ｄ部）では過剰な保磁力の永久磁石（つまり高保磁力磁石１２Ａ’，１２Ｄ’）を使用していることになる。高保磁力磁石は重希土類元素を多く含有するため、高コストである。
【００２２】
本実施例では、ロータ１０の軸方向の温度分布に沿い、必要十分な保磁力を有する永久磁石１２Ａ〜１２Ｄが配置されている。例えば、低温部（Ａ，Ｄ部）には、今まで高温部（Ｂ，Ｃ部）に使用していた高保磁力磁石を低保磁力磁石とすることにより、当該低温部（Ａ，Ｄ部）における保磁力を低減させる。このように本実施例では、高温部及び低温部において、必要十分な保磁力（耐減磁性能）を確保しつつ、磁石コストの低減を図っている。
【００２３】
本実施例によれば、コストの高い高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃをロータ１０の軸方向中央部に、コストの低い低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄをロータ１０の軸方向両端部にそれぞれ配置したので、永久磁石式回転機のコストアップを抑制することができる。
【実施例２】
【００２４】
次に、実施例２について図５を用いて説明する。図５（ａ）は参考例であって、永久磁石の全てが高保磁力磁石１２Ａ’〜１２Ｄ’からなっている。これに対し、図５（ｂ）は本実施例を示し、ロータ１０の軸方向中央部に高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃが、ロータ１０の軸方向両端部に低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄがそれぞれ配置されている。
【００２５】
また、本実施例では、低温部の低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄとして、その残留磁束密度が高温部の高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃの残留磁束密度に合致する（同等な）永久磁石が配置されている。
【００２６】
このように構成することで、参考例の場合より磁石コストを低減しながら、参考例の場合と同等の出力性能を容易に実現することができる。
【実施例３】
【００２７】
次に、実施例３について図６を用いて説明する。図６（ａ）は参考例であって、永久磁石の全てが高保磁力磁石１２Ａ’〜１２Ｄ’からなっている。これに対し、図６（ｂ）は本実施例を示し、ロータ１０の軸方向中央部に高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃが、ロータ１０の軸方向両端部に低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄがそれぞれ配置されている。
【００２８】
また、本実施例では、低温部の低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄとして、その残留磁束密度が高温部の高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃの残留磁束密度よりも高い永久磁石が配置されている。
【００２９】
このように構成することで、参考例の場合より磁石コストを低減しながら、参考例の場合よりも優れた出力性能を容易に実現することができる。
【実施例４】
【００３０】
次に、実施例４について図７を用いて説明する。図７（ａ）は参考例であって、永久磁石の全てが高保磁力磁石１２Ａ’〜１２Ｄ’からなっている。これに対し、図７（ｂ）は本実施例を示し、ロータ１０の軸方向中央部に高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃが、ロータ１０の軸方向両端部に低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄがそれぞれ配置されている。
【００３１】
また、本実施例では、高温部の高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃとして、低温部の低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄに対して重希土類元素を粒界に集中的に拡散させる処理を施した永久磁石が配置されている。なお、粒界に重希土類元素を集中的に拡散させる処理技術は公知の技術であり、例えば、特開２００６−３０３４３３号公報に記載されている。
【００３２】
図８は、低保磁力磁石を母材として、上記処理を施した場合の磁石のＢ−Ｈ特性を示している。図において、実線は高保磁力磁石の場合を、破線は低保磁力磁石の場合を、一点鎖線は拡散後の磁石の場合を各々示している。高保磁力磁石のＢ−Ｈ特性と比較すると、拡散後の磁石は、残留磁束密度が低下することなく、保磁力が向上していることが分かる。
【００３３】
一般に、永久磁石の保磁力を向上させるには、Ｄｙ（ディスプロシウム）やＴｂ（テルビウム）といった高価な重希土類元素を必要とするが、これら重希土類元素を含有させると保磁力が向上する反面、残留磁束密度が低下するというトレードオフの関係にある。
【００３４】
そこで、上記処理では、重希土類元素を磁石粒界のみに集中的に拡散させ、重希土類元素の含有量を最低限に抑えることで、残留磁束密度の低下を抑制しつつ、保磁力を向上させることが可能であるとともに、さらには、重希土類元素の使用量が少量で済み、磁石材料コストの低減が可能である。
【００３５】
本実施例によれば、低保磁力磁石を母材に、重希土類元素を粒界に集中拡散させる処理を施した磁石を高温部に配置することで、実施例１と同等の必要十分な保磁力を有しながら、参考例以上の出力性能の向上が実現できる。
【００３６】
また、出力性能向上効果は、重希土類元素を集中拡散させずに含有させた高保磁力の磁石との組み合わせ（実施例３）を超えるものである。
【００３７】
また、磁石材料コストを実施例３の場合以上に抑えながら、耐減磁性能（必要十分な保磁力）と高出力性能化が図れる。
【実施例５】
【００３８】
次に、実施例５について図９を用いて説明する。図９は、ロータ用永久磁石の製造手順を示している。なお、図９において、網掛け部分は拡散処理部を表している。
【００３９】
先ず、塊状（図９では直方体状）永久磁石２０に対して、重希土類元素を粒界に集中的に拡散させる処理を施した後、当該永久磁石２０を４つに切断し、４個の永久磁石片２１，２２，２３，２４に分割する。ここで、永久磁石片２１，２４は塊状永久磁石２０の両端部の磁石であり、永久磁石片２２，２３は塊状永久磁石２０の中央部の磁石である。また、各永久磁石片２１〜２４は厚さが同一となるように切断されている。
【００４０】
永久磁石片２１，２４は、拡散処理の効果が芯部まで及び、高保磁力磁石となっている。一方、永久磁石片２２，２３は、拡散処理の効果が表面近傍には及んでいるが、芯部まで及んでおらず、低保磁力磁石である。
【００４１】
次に、永久磁石片２２を縦に２分割して永久磁石片２２Ａ，２２Ｂを得る。また、永久磁石片２３を同様に縦に２分割して永久磁石片２３Ａ，２３Ｂを得る。
【００４２】
そして、高保磁力磁石である永久磁石片２１を配置し、その両側に低保磁力磁石である永久磁石片２２Ａ，２２Ｂを配置する。同様に、高保磁力磁石である永久磁石片２４を配置し、その両側に低保磁力磁石である永久磁石片２３Ａ，２３Ｂを配置する。
【００４３】
以上の手順により、２局分の永久磁石（図１の永久磁石１２）を得ることができる。
図１０は、図９に示した手順により得られた永久磁石をロータ１０に組み込んだときの、軸方向の保磁力分布、磁束密度分布及び磁石温度分布を示している。
【００４４】
本実施例によれば、高保磁力磁石と低保磁力磁石を同時に得ることができ、磁石材料コストの低減と、磁石材料の歩留まりの向上を図ることができる。また、出力特性については、実施例４の場合以上の効果が期待できる。
【実施例６】
【００４５】
次に、実施例６について図１１を用いて説明する。上記各実施例では、ロータ１０の軸方向中心が高温のときの例であったが、本実施例は、永久磁石式回転機が、例えば図３のようにトランスミッション１４の近くに配置された場合の例である。
【００４６】
ここで、図１１（ａ）は実施例２（図５）の場合であって、ロータ１０の軸方向中央部に高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃが、ロータ１０の軸方向両端部に低保磁力磁石１２Ａ，１２Ｄがそれぞれ配置されている。これに対し、図１１（ｂ）は本実施例を示し、ロータ１０の軸方向中央部と一側端部に高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃ，１２ＤＤが、ロータ１０の軸方向の他側端部に低保磁力磁石１２Ａがそれぞれ配置されている。
【００４７】
このように構成すれば、高温部となる箇所に高保磁力磁石１２Ｂ，１２Ｃ，１２ＤＤが配置され、磁石温度分布に適した保磁力を得ることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。
【００４９】
例えば、上記各実施例では永久磁石を４分割又は３分割としたが、これに限らず、５分割以上であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ロータ
１１  ロータコア
１２  永久磁石
１２Ａ，１２Ｄ  低保磁力磁石
１２Ｂ，１２Ｃ  高保磁力磁石
１３  エンドプレート
１４  トランスミッション
【図１】
2010213516.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
2010213516.tif 000011
【図１０】
2010213516.tif 000012
【図１１】
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