(57)【要約】所望の保磁力と磁束密度を確保しながらその製造コストを格段に低減することのできる磁石埋め込み型モータ用ロータと磁石埋め込み型モータを提供する。そのために、複数の永久磁石２１，…がロータコア内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータのロータ１であり、この永久磁石２１は、該永久磁石２１に作用する逆磁界の大きさに応じて保磁力の異なる複数の磁石領域Ａ〜Ｄから形成されており、相対的に大きな逆磁界が作用する領域には相対的に保磁力の大きな磁石領域が割り当てられている。
2008146937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石がロータコア内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータのロータであって、
前記永久磁石は、該永久磁石に作用する逆磁界の大きさに応じて保磁力の異なる複数の磁石領域から形成されており、相対的に大きな逆磁界が作用する領域には相対的に保磁力の大きな磁石領域が割り当てられていることを特徴とする、磁石埋め込み型モータ用ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータにおいて、
前記永久磁石は平面視矩形に形成されており、
前記複数の磁石領域は、前記矩形のステータ側の隅角部領域が最も保磁力の大きな第１の領域となっており、該第１の領域に相隣る領域が第１の領域に次いで保磁力の大きな第２の領域となっており、その他の領域が第２の領域に次いで保磁力の大きな領域となっている、磁石埋め込み型モータ用ロータ。
【請求項３】
請求項１に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータにおいて、
前記永久磁石は平面視矩形に形成されており、
前記複数の磁石領域は、前記矩形の長手方向に複数に分割されて形成されるものであり、該永久磁石の中央の分割領域が最も保磁力が小さな領域であり、端部の分割領域に向ってその保磁力が大きな領域となっている、磁石埋め込み型モータ用ロータ。
【請求項４】
１極当たり２つの前記永久磁石が配設されるものであり、該２つの永久磁石は、ロータの回転軸からステータ側に向って広がりながら平面視が略Ｖ字状を成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁石埋め込み型モータ用ロータ。
【請求項５】
前記永久磁石は、その平面視形状において、ロータの回転軸側に位置する２つの隅角部のうちの少なくとも一方が切り欠かれており、ロータコアにおける永久磁石挿通用スロットの平面視形状が該永久磁石の平面視形状に対応する形状となっている、請求項２〜４のいずれかに記載の磁石埋め込み型モータ用ロータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のロータを具備することを特徴とする、磁石埋め込み型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石がロータ内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータ用ロータと、このロータを具備する磁石埋め込み型モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石をロータ内部に埋め込んでなる磁石埋め込み型モータ（ＩＰＭモータ）は、コイルと永久磁石の吸引力／反発力に起因するマグネットトルクに加えてリラクタンストルクを得ることができるため、永久磁石をロータ外周面に貼着してなる表面磁石型モータ（ＳＰＭモータ）に比して高トルクかつ高効率である。したがって、この磁石埋め込み型モータは、高出力性能が要求されるハイブリット車、電気自動車の駆動用モータ等に使用されている。
上記ＩＰＭモータにおいては、その電流位相制御の際に負のｄ軸電流が流れ、この電流に起因する逆磁界が永久磁石に作用することになるが、この逆磁界が大きな場合には永久磁石に不可逆減磁が発生することから、この不可逆減磁に抗し得る大きな保磁力の永久磁石が使用されている。この減磁作用を図１７に基づいて説明する。図１７は、１極当たり２つの永久磁石Ｍ，Ｍが配設されるものであり、この２つの永久磁石Ｍ、Ｍは、ロータＡの回転軸からステータＢ側に向って広がる平面視が略Ｖ字状の態様で埋設されている。ＩＰＭモータで減磁作用の大きな部分は、永久磁石Ｍ，Ｍのロータ鉄心外周側の角ａ，ｂ，ｃ，ｄであり、中でもｄ軸側の角ｂ，ｃであることが分かっている。また、永久磁石Ｍ，Ｍの間のロータコア部Ａ１において磁束が短絡し易く、これによっても永久磁石Ｍ，Ｍの角ｂ，ｃにおいて逆磁界が大きくなる。
ところで、上記永久磁石として希土類磁石が一般に使用されている。この希土類磁石は、結晶磁気異方性の高い元素であるジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）を加えることでその保磁力が高められる一方で、かかる元素は希少かつ高価であることから、永久磁石の保磁力増加にジスプロシウム等を添加することは永久磁石の製造コストの高騰に直結する。従来の磁石埋め込み型モータ用ロータに使用される永久磁石では、上記する隅角部で要求される保磁力を得るためのジスプロシウム等が永久磁石の全体に使用されており、そのためにロータ製造コストが高騰していた。さらに、永久磁石の性能として保磁力と同様に重要な残留磁束密度に関しては、保磁力の増加に伴って減少する傾向があるため、保磁力を増加させることで減少した磁束密度を解消するためにより多くの磁石を必要とし、これによってもロータ製造コストが高騰していた。したがって、上記する逆磁界に対して所望の保磁力を有する永久磁石を備えたロータを如何に安価に製造するかが、ハイブリッド車等の量産にとって極めて重要な課題の一つとなっている。
なお、上記する逆磁界を低減する磁石埋め込み型モータに関する技術として特許文献１，２を挙げることができる。双方の技術は、ともにロータコア内に埋め込まれる永久磁石の端部に空気層を介在させることにより、局所的に大きな逆磁界を低減させるものである。
【特許文献１】特開平１１−３５５９８５号公報
【特許文献２】特開２００３−１４３７８８号公報
【発明の開示】
【０００３】
特許文献１，２に開示の磁石埋め込み型モータ用のロータによれば、永久磁石端部に空気層を形成することで逆磁界を低減することができるが、この永久磁石に生じる最大の逆磁界に応じて永久磁石の保磁力が決定されることから、永久磁石内で逆磁界の影響をそれほど受けない部位は余分な保磁力を有していることになり、これは材料コストの高騰に繋がるものであり、ひいては磁石埋め込み型モータの製造コストの高騰の一要因でもある。
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、永久磁石に作用する逆磁界に抗し得る保磁力を具備しながら、その製造コストをより廉価にすることのできる磁石埋め込み型モータ用ロータと、該ロータを具備する磁石埋め込み型モータを提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明による磁石埋め込み型モータ用ロータは、複数の永久磁石がロータコア内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータのロータであって、前記永久磁石は、該永久磁石に作用する逆磁界の大きさに応じて保磁力の異なる複数の磁石領域から形成されており、相対的に大きな逆磁界が作用する領域には相対的に保磁力の大きな磁石領域が割り当てられていることを特徴とするものである。
本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータは、そのスロット内に配設される永久磁石がその領域ごとに必要保磁力が異なることに鑑み、領域ごとに保磁力が異なる永久磁石を具備するロータとするものであり、かかる構成とすることで使用されるジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）等を必要最小限に抑えることができ、その結果として磁束密度の減少も最小限に抑えることができ、もってロータ製造コストを格段に低減できるものである。
ここで、ロータ内における永久磁石の配設態様は、１極当たり１つの永久磁石が割り当てられ、例えば平面視が矩形の永久磁石をその矩形の長手方向がステータ側に対向するように配設する形態や、１極当たり２つの永久磁石が割り当てられ、ロータの回転軸からステータ側に向って広がりながら平面視が略Ｖ字状を成しているＶ字配置形態などを挙げることができる。
いずれの形態であっても、既述のごとく永久磁石の隅角部、より具体的にはステータ側の隅角部において減磁が激しいことから、かかる隅角部にジスプロシウム等の含有量の多い磁石領域が割り当てられることが好ましい。たとえば、永久磁石が平面視矩形に形成されている場合において、複数の前記磁石領域は、矩形のステータ側の隅角部領域が最も保磁力の大きな第１の領域となっており、該第１の領域に相隣る領域が第１の領域に次いで保磁力の大きな第２の領域となっており、その他の領域が第２の領域に次いで保磁力の大きな領域となっている実施の形態がある。
ここで、上記する永久磁石の製造方法について概説する。領域ごとにたとえばジスプロシウム含有量を相違させる方法として、一つにはいわゆるジスプロシウム等拡散法による製造方法を適用でき、他にはいわゆる多色成形法による製造方法を適用することができる。
ジスプロシウム等拡散法にはさらに二つの方法があり、一つの方法は、フッ化ジスプロシウム（ＤｙＦ３）溶液内に永久磁石を浸漬させ、その後に加熱処理することでジスプロシウムを永久磁石内部に浸透させるものであり、この方法によると永久磁石の外周部のジスプロシウム含有量が多く、内部のそれは相対的に少なくすることができ、永久磁石の領域ごとに保磁力を変化させることが可能となる。
ジスプロシウム等拡散法の他の方法は、永久磁石の一方面にジスプロシウムをスパッタ処理もしくは蒸着処理して成膜し、その後に加熱処理することで成膜側のジスプロシウム含有量が多く、成膜反対側に向かってジスプロシウム含有量を徐々に減少させることができ、やはり永久磁石の領域ごとに保磁力を変化させることが可能となる。
また、多色成形法においても二つの方法があり、一つの方法は、ジスプロシウム含有量の相違する金属粉末を用意し、成形型内に各粉末を所定厚ずつ充填して加圧成形後に焼結する方法である。
多色成形法の他の方法は、同様にジスプロシウム等の含有量の相違する金属粉末を用意して型内に充填し、これを熱間押出しするものである。たとえばジスプロシウム含有量の相違する金属粉末を保磁力の異なる領域に応じて型内に充填することで、押出された後の永久磁石は必要保磁力に応じてジスプロシウム含有量が異なる複数の領域からなる永久磁石となっている。
上記するいずれの製造方法によっても、領域ごとに必要な保磁力に応じたジスプロシウム含有量やテルビウム含有量に調整された永久磁石を得ることができる。この永久磁石は最適（必要最低限）な保磁力を有していることから、その磁束密度の減少も可及的に抑止されており、したがって所定のマグネットトルクを得るために必要な磁石量も可及的に少ない量とすることができる。これらのことより、従来のＩＰＭモータに比してロータ内に内蔵される永久磁石の製造コストを格段に廉価とでき、もってロータの製造コストの低減に繋がるものである。
なお、ジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）の混合量を磁石領域で変化させるほかに、領域ごとに異なる素材で磁石を構成する形態であってもよい。たとえば、保磁力が高い順にネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石があるが、要求される保磁力ごとに領域を分け、各領域にネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石を割り当てて一つの永久磁石を形成することができる。
また、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの他の実施の形態において、前記永久磁石は平面視矩形に形成されており、前記複数の磁石領域は、前記矩形の長手方向に複数に分割されて形成されるものであり、該永久磁石の中央の分割領域が最も保磁力が小さな領域であり、端部の分割領域に向ってその保磁力が大きな領域となっている形態もある。
この実施の形態では、永久磁石の保磁力領域を矩形の長手方向に複数に分割する（長手方向に複数の小幅で保磁力の異なる領域が配設された態様）ことで渦損を低減することもできる。
また、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの好ましい実施の形態において、前記永久磁石は、その平面視形状において、ロータの回転軸側に位置する２つの隅角部のうちの少なくとも一方が切り欠かれており、ロータコアにおける永久磁石挿通用スロットの平面視形状が該永久磁石の平面視形状に対応する形状となっているものである。
永久磁石内で複数の保磁力の異なる領域が存在する場合でも、実際には、外部から保磁力の相違を視認することはできない。そこで、本実施の形態では、異なる保磁力領域を備えた永久磁石をロータコアの磁石挿通用スロットに適切に挿入するべく、永久磁石と磁石挿通用スロットの双方の平面視形状の対応する位置に切り欠きを設けておくものである。なお、本実施の形態では、この切り欠きを設ける部位を、永久磁石におけるトルクへの寄与の少ない部位、すなわち、平面視矩形の永久磁石のロータの回転軸側に位置する２つの隅角部のうちの少なくとも一方としたものであり、この構成により、永久磁石に切り欠きを設けることによって生じ得るトルク性能の低下を抑止しながら、複数の保磁力領域を有する永久磁石を永久磁石挿通用スロットに適切に配設することが可能となる。
上記する本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータを具備するモータは、内蔵される永久磁石が所要の保磁力と磁束密度を確保するとともに、その製造コストが格段に廉価となっていることから、近時その量産が盛んで性能に優れた駆動用モータの搭載が叫ばれているハイブリッド車や電気自動車に好適である。
以上の説明から理解できるように、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータによれば、内蔵される永久磁石が領域ごとに必要な保磁力に応じたジスプロシウム含有量やテルビウム含有量に調整されていることから、所望の保磁力と磁束密度を確保しながらその製造コストを格段に低減することができる。また、渦損を効果的に低減できることから、回転性能や出力性能に優れたモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、Ｖ字配置の永久磁石を具備する本発明のロータの一実施の形態の平面図である。
図２は、図１のロータ内に内蔵される永久磁石の一実施の形態を示した平面図である。
図３は、図２の永久磁石の領域ごとの保磁力分布の一実施の形態を示したグラフである。
図４は、永久磁石の領域ごとの保磁力分布の他の実施の形態を示したグラフである。
図５は、永久磁石の他の実施の形態を示した平面図である。
図６は、図５の永久磁石の領域ごとの保磁力分布を示したグラフである。
図７は、Ｖ字配置の永久磁石を具備する本発明のロータの他の実施の形態の平面図である。
図８は、永久磁石に作用する逆磁界に関するＣＡＥ解析での解析モデルの概要を説明した平面図である。
図９は、図８におけるＡモデル：集中巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石がＶ字配置の解析モデルの結果を示した図であり、（ａ）は永久磁石の拡大図であり、（ｂ）は永久磁石Ｍａ１の解析結果を示した図であり、（ｃ）は永久磁石Ｍａ２の解析結果を示した図である。
図１０は、図８におけるＢモデル：集中巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石が−字配置の解析モデルの結果を示した図であり、（ａ）は永久磁石の拡大図であり、（ｂ）は永久磁石Ｍｂの解析結果を示した図である。
図１１は、図８におけるＣモデル：集中巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石が三角形配置の解析モデルの結果を示した図であり、（ａ）は永久磁石の拡大図であり、（ｂ）は永久磁石Ｍｃ１の解析結果を示した図であり、（ｃ）は永久磁石Ｍｃ２の解析結果を示した図であり、（ｄ）は永久磁石Ｍｃ３の解析結果を示した図である。
図１２は、図８におけるＤモデル：集中巻き方式のＳＰＭモータの解析モデルの結果を示した図であり、（ａ）は永久磁石の拡大図であり、（ｂ）は永久磁石Ｍｄの解析結果を示した図である。
図１３は、図８におけるＥモデル：分布巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石がＶ字配置の解析モデルの結果を示した図であり、（ａ）は永久磁石の拡大図であり、（ｂ）は永久磁石Ｍｅ１の解析結果を示した図であり、（ｃ）は永久磁石Ｍｅ２の解析結果を示した図である。
図１４は、図８におけるＦモデル：分布巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石が−字配置の解析モデルの結果を示した図であり、（ａ）は永久磁石の拡大図であり、（ｂ）は永久磁石Ｍｆの解析結果を示した図である。
図１５は、図８におけるＧモデル：分布巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石が三角形配置の解析モデルの結果を示した図であり、（ａ）は永久磁石の拡大図であり、（ｂ）は永久磁石Ｍｇ１の解析結果を示した図であり、（ｃ）は永久磁石Ｍｇ２の解析結果を示した図であり、（ｄ）は永久磁石Ｍｇ３の解析結果を示した図である。
図１６は、図８におけるＨモデル：分布巻き方式のＳＰＭモータの解析モデルの結果を示した図であり、（ａ）は永久磁石の拡大図であり、（ｂ）は永久磁石Ｍｈの解析結果を示した図である。
図１７は、従来の磁石埋め込み型モータにおいて、永久磁石に作用する減磁がその領域ごとに相違することを説明した図である。
図面において、１はロータ、２，２ＡはＶ字配置永久磁石、２１，２１Ａは矩形の永久磁石、２１Ｂ，２１Ｃは切り欠きを有する永久磁石、２１Ｂ’、２１Ｃ’は切り欠き、３，３’は永久磁石挿通用スロット、４ａ，４ｂは固定樹脂体、Ａは第１の領域、Ｂは第２の領域、Ｃは第３の領域、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は磁石をそれぞれ示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１はＶ字配置の永久磁石を具備する本発明のロータの平面図であり、図２は図１のロータ内に内蔵される永久磁石の一実施の形態を示した平面図である。図３、４はそれぞれ図２の永久磁石の領域ごとの保磁力分布の実施の形態を示したグラフである。図５は永久磁石の他の実施の形態を示した平面図であり、図６は図５の永久磁石の領域ごとの保磁力分布を示したグラフである。
図１は、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの一実施の形態を示している。このロータ１は、積層鋼板または圧粉磁心からなるロータコアに形成されたスロット内に永久磁石が挿入固定されたものであり、より具体的には、一極当たり平面視が略Ｖ字状（２つの矩形が間隔を置いて略Ｖ字状を呈している）に形成された各スロット内にそれぞれ平面視が矩形の永久磁石２１，２１が配設されてＶ字配置永久磁石２を形成し、これが周方向に亘って所定の極数形成されたロータである。
このロータは、不図示のステータコア内の中空部、すなわち、平面視が略円環状のヨークから径方向内側に突出する複数のティースで形成される中空部に配設されて磁石埋め込み型モータ（ＩＰＭモータ）が形成される。
図２は、ロータ１内に埋設される永久磁石の一実施の形態を示している。この永久磁石２１は、保磁力の相違する複数の領域から形成されており、ステータ側の隅角部の第１の領域Ａの保磁力が最も大きく、次いでこの第１の領域Ａに相隣る第２の領域Ｂが次に保磁力が大きく、次いで中央の領域Ｃが次に保磁力が大きくなるように調整されている。なお、この保磁力領域は例示に過ぎず、第１の領域Ａが三角形以外の矩形領域や曲線を備えた領域であってもよく、その他の領域も適宜多様な形状を選定できるが、少なくともステータ側の隅角部において最大保磁力領域が形成されるように調整され、ステータと反対側の領域においては保磁力が小さくなるように調整されていればよい。また、各領域の面積や幅等も材料コストや目標性能等に応じて適宜調整されるものである。
また、第１の領域Ａ〜第３の領域Ｃの保磁力は、図３に示すように連続した保磁力分布であってもよいし、図４に示すように領域ごとに保磁力が一義的に決定され、したがって領域界面で保磁力が段階的に変化する保磁力分布であってもよい。
ここで、永久磁石２１の一製造方法を概説する。この製造方法はジスプロシウム等拡散法によるものである。具体的には、永久磁石の上面および両側面にジスプロシウム等をスパッタ処理もしくは蒸着処理して成膜し、その後に加熱処理することでジスプロシウムを磁石表面より浸透させる。これにより、図３のような保磁力分布を有する永久磁石２１を得ることができる。
図５は、永久磁石の他の実施の形態を示している。この永久磁石２１Ａは、矩形の長手方向に保磁力の異なる複数の領域に分割されて形成されたものであり、中央の分割領域に最も保磁力が小さな磁石Ｃ１が位置し、端部の領域に位置する磁石Ｂ１、磁石Ａ１に向ってその保磁力が大きくなっている。
磁石Ａ１〜磁石Ｃ１の保磁力分布は、図６に示すように領域界面で保磁力が段階的に変化する保磁力分布となっている。
ここで、永久磁石２１Ａの一製造方法を概説する。この製造方法は保磁力の相違する磁石の貼り合わせによるものである。具体的には、ジスプロシウム含有量の多い磁石Ａ１と、ジスプロシウム含有量が磁石Ａ１より少ない磁石Ｂ１と、ジスプロシウム含有量が磁石Ｂ１より少ない磁石Ｃ１を用意し、分離しない程度に相互に接着する。これにより、図６のような保磁力分布を有する永久磁石２１Ａを得ることができる。
この永久磁石２１Ａでは、ジスプロシウム添加量の最適化を図ることができるのに加えて、永久磁石が電気的に分割されているため、モータ駆動時の渦損低減も期待できる。
図７は、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの他の実施の形態を示しており、Ｖ字配置の永久磁石２Ａを拡大して示した図である。
磁極を形成する２つの永久磁石において、ロータ１の回転方向（矢印方向）の前方に位置する永久磁石２１Ｂと回転方向後方に位置する永久磁石２１Ｃのそれぞれのロータの回転軸側の隅角部には切り欠きが形成されている。
より具体的に説明すると、永久磁石２１Ｂでは、回転方向前方の隅角部に切り欠き２１Ｂ’が形成されており、永久磁石２１Ｃでは、回転方向後方の隅角部に切り欠き２１Ｃ’が形成されている。切り欠き２１Ｂ’、２１Ｃ’が形成される領域はロータ表面から遠く、トルク性能への寄与が極めて小さな領域である。なお、図示を省略するが、永久磁石２１Ｂ，２１Ｃともに、ロータの回転軸側の２つの隅角部に切り欠きを形成したものであってもよい。
ここで、ロータコアには、永久磁石２１Ｂ、永久磁石２１Ｃの各平面視形状に対応した永久磁石挿通用スロット３，３’が設けてあり、したがって、永久磁石の有する保磁力領域が適切な位置となるようにして（永久磁石のステータ側に保磁力の大きな領域がくるように）永久磁石２１Ｂ，２１Ｃを対応する永久磁石挿通用スロット３，３’に容易に挿入することが可能となる。
なお、同図において、永久磁石挿通用スロット３，３’のそれぞれの両側には樹脂充填スロットが形成されており、たとえば永久磁石２１Ｂを永久磁石挿通用スロット３に挿通後に両側の樹脂充填スロットに樹脂を充填硬化させ、非磁性の固定樹脂体４ａ，４ｂが形成されている。この固定樹脂体４ａ，４ｂの平面視形状は、図示のごとく、たとえば永久磁石２１Ｂの隅角からの漏れ磁束を効果的に抑制できるような形状となっている。
［永久磁石に作用する逆磁界に関するＣＡＥ解析とその結果］
本発明者等は、集中巻き方式、分布巻き方式で、永久磁石の配置をＶ字配置の場合、−配置の場合（一つの永久磁石がティースに正対して一つの磁極を形成している形態）、これらを組み合わせてなる三角形配置の場合（３つの永久磁石がティースに対して逆三角形で配置された形態）と、さらにＩＰＭモータと比較するべくＳＰＭモータの場合で解析モデルを作成し、それぞれのモータにおける永久磁石に作用する逆磁界分布を求め、その最大値、最小値、平均値を求めた。
本解析は、解析ツールとしてＪＭＡＧ−Ｓｔｕｄｉｏ  Ｖｅｒ９．０（日本総研ソリューションズ製）を使用し、解析モデルとして永久磁石３層交流同期モータの２次元モデルを図８で示すごとく８ケース作成して各ケースごとにおこなった。解析内容は、ロータを反時計周りに電気角：３６０度回転させ、回転中に永久磁石に作用する逆磁界を算出した。なお、通電条件として、コイルは１５ターン、電流は１７０Ａｒｍｓ、進角はモデルごとに最大トルクとなる角度とした。
各ケースの解析結果を図９〜図１６に示している。
図９は、図８におけるＡモデル：集中巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石がＶ字配置の解析モデルの結果を示した図であり、図９ａは永久磁石の拡大図であり（矢印がロータ回転方向）、図９ｂは回転方向前方の永久磁石Ｍａ１の解析結果を示した図であり、図９ｃは回転方向後方の永久磁石Ｍａ２の解析結果を示した図である。なお、図９ｂ、ｃにおいて、逆磁界が相対的に大きくなっている領域はステータ側の領域である。
永久磁石Ｍａ１の解析結果である図９ｂにおいて、逆磁界の最大値は７５１（ｋＡ／ｍ）、最小値は８５（ｋＡ／ｍ）、平均値は４７４（ｋＡ／ｍ）であった。
永久磁石Ｍａ２の解析結果である図９ｃにおいて、逆磁界の最大値は８７７（ｋＡ／ｍ）、最小値は１０８（ｋＡ／ｍ）、平均値は４９８（ｋＡ／ｍ）であった。
図９ｂ、ｃより、永久磁石Ｍａ１，Ｍａ２ともに、そのステータ側の両隅角部の逆磁界が最も大きくなり、ロータの回転軸側の両隅角部の逆磁界が最も小さくなっている。
図１０は、図８におけるＢモデル：集中巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石が−字配置の解析モデルの結果を示した図であり、図１０ａは永久磁石の拡大図であり、図１０ｂは永久磁石Ｍｂの解析結果を示した図である。
永久磁石Ｍｂの解析結果である図１０ｂにおいて、逆磁界の最大値は１０４２（ｋＡ／ｍ）、最小値は１８３（ｋＡ／ｍ）、平均値は５０１（ｋＡ／ｍ）であった。
図１０ｂより、永久磁石Ｍｂでは、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向ってその大きさが低減する結果となっている。
図１１は、図８におけるＣモデル：集中巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石が三角形配置の解析モデルの結果を示した図であり、図１１ａは永久磁石の拡大図であり、図１１ｂは永久磁石Ｍｃ１の解析結果を示した図であり、図１１ｃは永久磁石Ｍｃ２の解析結果を示した図であり、図１１ｄは永久磁石Ｍｃ３の解析結果を示した図である。
永久磁石Ｍｃ１の解析結果である図１１ｂにおいて、逆磁界の最大値は８９９（ｋＡ／ｍ）、最小値は１７１（ｋＡ／ｍ）、平均値は６１３（ｋＡ／ｍ）であった。
永久磁石Ｍｃ２の解析結果である図１１ｃにおいて、逆磁界の最大値は１４０３（ｋＡ／ｍ）、最小値は９２（ｋＡ／ｍ）、平均値は７４４（ｋＡ／ｍ）であった。
永久磁石Ｍｃ３の解析結果である図１１ｄにおいて、逆磁界の最大値は９２６（ｋＡ／ｍ）、最小値は３４１（ｋＡ／ｍ）、平均値は７９２（ｋＡ／ｍ）であった。
図１１ｂより、永久磁石Ｍｃ１では、ロータ回転方向前方のステータ側の隅角部を除いて逆磁界の大きさはほぼ均一となっている。また、図１１ｃより、永久磁石Ｍｃ２では、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向ってその大きさが低減する結果となっている。さらに、図１１ｄより、永久磁石Ｍｃ３では、中央部の逆磁界が若干大きくなっている。
図１２は、図８におけるＤモデル：集中巻き方式のＳＰＭモータの解析モデルの結果（ＩＰＭモータに対する比較モデル）を示した図であり、図１２ａは永久磁石の拡大図であり、図１２ｂは永久磁石Ｍｄの解析結果を示した図である。
永久磁石Ｍｄの解析結果である図１２ｂにおいて、逆磁界の最大値は６９３（ｋＡ／ｍ）、最小値は−４（ｋＡ／ｍ）、平均値は３６４（ｋＡ／ｍ）であった。
図１２ｂより、永久磁石Ｍｄでは、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向ってその大きさが低減する結果となっている。
図１３は、図８におけるＥモデル：分布巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石がＶ字配置の解析モデルの結果を示した図であり、図１３ａは永久磁石の拡大図であり、図１３ｂは永久磁石Ｍｅ１の解析結果を示した図であり、図１３ｃは永久磁石Ｍｅ２の解析結果を示した図である。
永久磁石Ｍｅ１の解析結果である図１３ｂにおいて、逆磁界の最大値は８９９（ｋＡ／ｍ）、最小値は１０（ｋＡ／ｍ）、平均値は５０１（ｋＡ／ｍ）であった。
永久磁石Ｍｅ２の解析結果である図１３ｃにおいて、逆磁界の最大値は９０４（ｋＡ／ｍ）、最小値は４２（ｋＡ／ｍ）、平均値は５８３（ｋＡ／ｍ）であった。
図１３ｂより、永久磁石Ｍｅ１では、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向ってその大きさが低減する結果となっている。また、図１３ｃより、永久磁石Ｍｅ２では、そのステータ側の両隅角部の逆磁界が最も大きくなり、ロータの回転軸側の両隅角部の逆磁界が最も小さくなっている。
図１４は、図８におけるＦモデル：分布巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石が−字配置の解析モデルの結果を示した図であり、図１４ａは永久磁石の拡大図であり、図１４ｂは永久磁石Ｍｆの解析結果を示した図である。
永久磁石Ｍｆの解析結果である図１４ｂにおいて、逆磁界の最大値は９７４（ｋＡ／ｍ）、最小値は７８（ｋＡ／ｍ）、平均値は５５５（ｋＡ／ｍ）であった。
図１４ｂより、永久磁石Ｍｆでは、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向ってその大きさが低減する結果となっている。
図１５は、図８におけるＧモデル：分布巻き方式のＩＰＭモータで、永久磁石が三角形配置の解析モデルの結果を示した図であり、図１５ａは永久磁石の拡大図であり、図１５ｂは永久磁石Ｍｇ１の解析結果を示した図であり、図１５ｃは永久磁石Ｍｇ２の解析結果を示した図であり、図１５ｄは永久磁石Ｍｇ３の解析結果を示した図である。
永久磁石Ｍｇ１の解析結果である図１５ｂにおいて、逆磁界の最大値は８６５（ｋＡ／ｍ）、最小値は１９６（ｋＡ／ｍ）、平均値は７０８（ｋＡ／ｍ）であった。
永久磁石Ｍｇ２の解析結果である図１５ｃにおいて、逆磁界の最大値は１２７７（ｋＡ／ｍ）、最小値は３３５（ｋＡ／ｍ）、平均値は８７０（ｋＡ／ｍ）であった。
永久磁石Ｍｇ３の解析結果である図１５ｄにおいて、逆磁界の最大値は８３６（ｋＡ／ｍ）、最小値は３１９（ｋＡ／ｍ）、平均値は７７０（ｋＡ／ｍ）であった。
図１５ｂより、永久磁石Ｍｇ１では、ステータ側の両隅角部を除いて逆磁界の大きさはほぼ均一となっている。また、図１５ｃより、永久磁石Ｍｇ２では、ロータ回転方向後方の逆磁界が最も大きくなっており、ロータ回転方向前方に向ってその大きさが低減する結果となっている。さらに、図１５ｄより、永久磁石Ｍｇ３では、中央部の逆磁界が若干大きくなっている。
図１６は、図８におけるＨモデル：分布巻き方式のＳＰＭモータの解析モデルの結果を示した図であり、図１６ａは永久磁石の拡大図であり、図１６ｂは永久磁石Ｍｈの解析結果を示した図である。
永久磁石Ｍｈの解析結果である図１６ｂにおいて、逆磁界の最大値は９８１（ｋＡ／ｍ）、最小値は−４４０（ｋＡ／ｍ）、平均値は３２８（ｋＡ／ｍ）であった。
図１６ｂより、永久磁石Ｍｈでは、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向ってその大きさが低減する結果となっている。
各モデルの解析結果より、ＩＰＭモータでは永久磁石の配設形態が変化しても、永久磁石のステータ側の隅角部に大きな逆磁界が生じる傾向にあることが特定された。なお、この傾向はＳＰＭモータでも同様であることが特定された。
したがって、図２〜４で示す保磁力分布を備えた永久磁石を使用することにより、それらの保磁力分布が永久磁石に生じ得る逆磁界分布に対応したものとなっており、最適な保磁力領域を備え、製造コストが可及的に安価となる永久磁石となり得ることが実証された。
上記する永久磁石を内蔵した本発明のロータを具備するモータによれば、内蔵される永久磁石が所要の保磁力と磁束密度を確保するとともに、その製造コストが大幅に低減されることから、モータ性能の向上とモータ製造コストの低減が課題の近時のハイブリッド車等に好適である。
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。
【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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【図８】
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【図１７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月30日(2009.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
複数の永久磁石がロータコア内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータのロータであって、
前記永久磁石は、該永久磁石に作用する逆磁界の大きさに応じて保磁力の異なる複数の磁石領域であって、ステータ側またはロータの回転軸側の方向で規定される保磁力分布を有する複数の磁石領域から形成されており、相対的に大きな逆磁界が作用する領域には相対的に保磁力の大きな磁石領域が割り当てられていることを特徴とする、磁石埋め込み型モータ用ロータ。
【国際調査報告】
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