(57)【要約】  渦電流を最も効果的に低減させることができる位置に絶縁層が配置された永久磁石ユニットを提供する。  永久磁石ユニットは、少なくとも１つの絶縁層と該少なくとも１つの絶縁層を介して互いに隣接して配置された複数の永久磁石片とを含む。少なくとも１つの絶縁層は、該少なくとも１つの絶縁層を介することなく複数の永久磁石片が一体に形成された永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさに基づいて定められた位置に配置されている。
2017051769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの絶縁層と該少なくとも１つの絶縁層を介して互いに隣接して配置された複数の永久磁石片とを含む永久磁石ユニットであって、
前記少なくとも１つの絶縁層は、該少なくとも１つの絶縁層を介することなく前記複数の永久磁石片が一体に形成された永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさに基づいて定められた位置に配置されていることを特徴とする、永久磁石ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石ユニットであって、
渦電流の大きさは、前記永久磁石の任意の断面ξについて、該断面ξに垂直な方向の渦電流の大きさＪｅ（ξ）として、以下の式、
【数１】
2017051769.tif 000019
（ここで、ｒは位置ベクトル、ｔは時間を表し、ＪＳ（ｒ，ｔ）は、前記永久磁石の断面ξにおける断面に垂直な方向の渦電流密度ベクトル成分を表し、Ｓは、該永久磁石の断面ξの断面積を表し、Ｔは、電気角一周期を表す。）
を用いて計算されたものであることを特徴とする、永久磁石ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の永久磁石ユニットであって、
Ｎ個（Ｎは１以上の整数）の絶縁層とＮ＋１個の永久磁石片とを含み、前記Ｎ個の絶縁層の各々と前記Ｎ＋１個の永久磁石片の各々とが互いに隣接することにより構成されており、
Ｎ個目の絶縁層は、該Ｎ個目の絶縁層を介することなくＮ−１個の絶縁層とＮ個の永久磁石片とが一体に形成された永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさＪｅ（ξ）が最大値の９５％の値から最大値までの範囲となる断面に配置されていることを特徴とする、
永久磁石ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の永久磁石ユニットであって、
回転機に組み込まれて用いられ、回転機の磁界を横切って移動する方向に延びる長さ方向（ｘ方向）寸法と、長さ方向に垂直かつ回転機の軸方向に並行な高さ方向（ｚ方向）寸法と、長さ方向及び高さ方向に垂直な厚さ方向（ｙ方向）寸法とを有し、
前記Ｎ個目の絶縁層は、以下の式、
【数２】
2017051769.tif 000020
（但し、ｒは位置ベクトル、ｔは時間を表し、Ｊｘ（ｒ，ｔ）は、Ｎ個目の絶縁層を介することなくＮ−１個の絶縁層とＮ個の永久磁石片とを含む永久磁石の位置ｘにおける長さ方向の渦電流密度ベクトル成分を表し、Ｓは、該永久磁石の位置ｘにおける長さ方向に垂直な断面の面積を表し、Ｔは、電気角一周期を表す。）
を用いて計算された、前記永久磁石の長さ方向ｘにおける断面に垂直な長さ方向の渦電流の大きさＪｅ（ｘ）が最大値の９５％の値から最大値までの範囲となる位置において、長さ方向に対して垂直な断面に配置されていることを特徴とする、永久磁石ユニット。
【請求項５】
請求項３に記載の永久磁石ユニットであって、
回転機に組み込まれて用いられ、回転機の磁界を横切って移動する方向に延びる長さ方向（ｘ方向）寸法と、長さ方向に垂直かつ回転機の軸方向に並行な高さ方向（ｚ方向）寸法と、長さ方向及び高さ方向に垂直な厚さ方向（ｙ方向）とを有し、
前記Ｎ個目の絶縁層は、以下の式、
【数３】
2017051769.tif 000021
（但し、ｒは位置ベクトル、ｔは時間を表し、Ｊｚ（ｒ，ｔ）は、Ｎ個目の絶縁層を介することなくＮ−１個の絶縁層とＮ個の永久磁石片とを含む永久磁石の位置ｚにおける高さ方向の渦電流密度ベクトル成分を表し、Ｓは、該永久磁石の位置ｚにおける高さ方向に垂直な断面の面積を表し、Ｔは、電気角一周期を表す。）
を用いて計算された、前記永久磁石の高さ方向ｚにおける断面に垂直な高さ方向の渦電流の大きさＪｅ（ｚ）が最大値の９５％の値から最大値までの範囲となる位置において、高さ方向に対して垂直な断面に配置されていることを特徴とする、永久磁石ユニット。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石ユニットであって、前記少なくとも１つの絶縁層は、絶縁物質の層及び空気層のいずれか一方又はこれらの組み合わせであることを特徴とする、永久磁石ユニット。
【請求項７】
請求項６に記載の永久磁石ユニットであって、前記少なくとも１つの絶縁層は、希土類元素のフッ化物を含む層及び絶縁性の樹脂系接着材料の層のいずれか一方又はこれらの組み合わせであることを特徴とする、永久磁石ユニット。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の永久磁石ユニットであって、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石であることを特徴とする永久磁石ユニット。
【請求項９】
回転軸に対して平行な中心軸を有する略円筒状のエアギャップを介してステータと対向するように前記ステータ内に回転自在に配置されたロータコアを有する回転機であって、前記ロータコアには、周方向に間隔をもった複数の位置において長さ方向寸法と厚み方向寸法とを有する長さ方向断面形状のスロットが複数個、軸方向に延びるように形成され、前記スロットの各々内に、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の永久磁石ユニットが配置されたことを特徴とする回転機。
【請求項１０】
少なくとも１つの絶縁層と該少なくとも１つの絶縁層を介して互いに隣接して配置された複数の永久磁石片とを含む永久磁石ユニットを製造する方法であって、
前記少なくとも１つの絶縁層を介することなく前記複数の永久磁石片が一体に形成された永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさを求める工程と、
求められた渦電流の大きさに基づいて、前記永久磁石内における前記少なくとも１つの絶縁層を配置する位置を定める工程と、
配置する位置が定められた前記少なくとも１つの絶縁層に隣接して配置されることになる複数の永久磁石片を作成する工程と、
作成された前記複数の永久磁石片を、前記少なくとも１つの絶縁層を挟んで互いに隣接するように配置する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
複数の永久磁石片を作成する前記工程は、前記少なくとも１つの絶縁層を介することなく前記複数の永久磁石片が一体に形成された永久磁石を作成し、前記少なくとも１つの絶縁層を配置する位置として定められた位置において該永久磁石を切断して、複数の永久磁石片に分割することを含み、
前記複数の永久磁石片を配置する前記工程は、前記複数の永久磁石片を各々の永久磁石片の切断面が対向するように配置することを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載の方法であって、
渦電流の大きさを求める前記工程は、前記永久磁石の任意の断面ξについて、該断面ξに垂直な方向の渦電流の大きさＪｅ（ξ）を、以下の式、
【数４】
2017051769.tif 000022
（ここで、ｒは位置ベクトル、ｔは時間を表し、ＪＳ（ｒ，ｔ）は、前記永久磁石の断面ξにおける断面に垂直な方向の渦電流密度ベクトル成分を表し、Ｓは、前記永久磁石の断面ξの断面積を表し、Ｔは、電気角一周期を表す。）
を用いて計算することを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記永久磁石は、Ｎ−１個（Ｎは１以上の整数）の絶縁層とＮ個の永久磁石片とを含み、前記Ｎ−１個の絶縁層の各々と前記Ｎ個の永久磁石片の各々とが互いに隣接することにより構成されており、
絶縁層を配置する位置を定める前記工程において、前記永久磁石に配置されるＮ番目の絶縁層は、渦電流の大きさＪｅ（ξ）が最大値の９５％の値から最大値までの範囲となる断面に配置されるように定められることを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記永久磁石ユニットは、回転機に組み込んで用いられ、回転機の磁界を横切って移動する方向に延びる長さ方向（ｘ方向）寸法と、長さ方向に垂直かつ回転機の軸方向に並行な高さ方向（ｚ方向）寸法と、長さ方向及び高さ方向に垂直な厚さ方向（ｙ方向）寸法とを有し、
渦電流の大きさを求める前記工程は、前記永久磁石の長さ方向位置ｘにおける断面について、該断面に垂直な長さ方向の渦電流の大きさＪｅ（ｘ）を、以下の式、
【数５】
2017051769.tif 000023
（ここで、ｒは位置ベクトル、ｔは時間を表し、Ｊｘ（ｒ，ｔ）は、前記永久磁石の位置ｘにおける長さ方向の渦電流密度ベクトル成分を表し、Ｓは、前記永久磁石の位置ｘにおける断面の断面積を表し、Ｔは、電気角一周期を表す。）
を用いて計算され、
前記Ｎ個目の絶縁層は、Ｊｅ（ｘ）が最大値の９５％の値から最大値までの範囲となる位置において、長さ方向に対して垂直な断面に配置される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、
前記永久磁石ユニットは、回転機に組み込んで用いられ、回転機の磁界を横切って移動する方向に延びる長さ方向（ｘ方向）寸法と、長さ方向に垂直かつ回転機の軸方向に並行な高さ方向（ｚ方向）寸法と、長さ方向及び高さ方向に垂直な厚さ方向（ｙ方向）寸法とを有し、
渦電流の大きさを求める前記工程は、前記永久磁石の高さ方向位置ｚにおける断面について、該断面に垂直な高さ方向の渦電流の大きさＪｅ（ｚ）を、以下の式、
【数６】
2017051769.tif 000024
（ここで、ｒは位置ベクトル、ｔは時間を表し、Ｊｚ（ｒ，ｔ）は、前記永久磁石の位置ｚにおける高さ方向の渦電流密度ベクトル成分を表し、Ｓは、該永久磁石の位置ｚにおける断面の断面積を表し、Ｔは、電気角一周期を表す。）
を用いて計算することを含み、
前記Ｎ個目の絶縁層は、Ｊｅ（ｚ）が最大値の９５％の値から最大値までの範囲となる位置において、高さ方向に対して垂直な断面に配置される、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータ又は発電機のような回転機に用いられる永久磁石ユニットに関し、特に、複数の永久磁石片が絶縁層を介して隣接する構造を有する永久磁石ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータとロータとを備える永久磁石回転機において、永久磁石をロータコア内に埋め込むことにより、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクをも利用することができるように構成された、磁石埋め込み型（ＩＰＭ）回転機が、例えば特開平８−３３１７８３号公報（特許文献１）により知られている。この種の回転機は、複数の磁極を有するステータに対してエアギャップを介して対向するようにロータコアが配置される。そして、該ロータコアには、その周方向等間隔の複数の位置にスロットが形成されており、このスロットに永久磁石が挿入される。
また、ステータとロータとを備える永久磁石回転機において、ロータコアの表面に円筒形状（リング形状ともいう）の永久磁石が配置された、表面磁石型（ＳＰＭ）回転機も知られている。この種の回転機は、複数の磁極を有するステータに対してエアギャップを介して対向するように永久磁石が配置されるため、永久磁石が有する強力な磁気を効率的に利用することができる。【０００３】
こういった種類のモータにおいては、ロータが回転するとロータコアに組み込まれた永久磁石を通る磁束に変化が生じ、この磁束の変化を打ち消すように永久磁石の内部に渦電流が発生する。永久磁石の内部に渦電流が発生すると、永久磁石の温度が熱減磁領域まで達して磁気特性が低下する場合がある。したがって、こうした渦電流による渦電流損失を低減させることが望まれている。【０００４】
渦電流損失を低減させるための手段として、永久磁石をより小さな複数の永久磁石片に分割することが有効であることが分かっている。永久磁石を複数の永久磁石片に分割することによって、個々の永久磁石片に流れる渦電流の流路が長くなるため、個々の永久磁石片の渦電流密度が減少し、永久磁石全体の渦電流損失が低減する。【０００５】
こうした永久磁石に関する提案として、例えば特許文献２に開示される技術がある。この技術は、ロータの回転軸方向又は周方向に均等に分割された永久磁石に関するものである。しかしながら、１つの永久磁石を単に複数の永久磁石片に均等に分割するだけでは、渦電流損失の低減に効果的な部分だけでなく、渦電流損失の低減効果が少ない部分をも分割することになる。この場合には、分割不要部分が分割されることにより、渦電流損失を効果的に低減させることができないだけでなく、磁石全体の性能をより低下させるおそれがあった。【０００６】
こうした問題に対処する技術として、永久磁石の渦電流損失を効果的に低減させることを目的として、永久磁石を分割する位置を積極的に定める方法が提案されている。【０００７】
特許文献３は、回転機の可動部材に配設される永久磁石において、永久磁石を幅の異なる複数の磁石に分割することにより、渦電流損失を低減する技術を提案する。分割幅は、永久磁石内の磁束密度の変化率に対応して定められる。分割幅は、磁束密度の変化率が大きくなるほど狭く、変化率が小さくなるほど広くされており、具体的には、分割された各磁石に発生する渦電流損失が略均等となるように定められている。回転方向先端に位置する永久磁石の分割幅は、他の部分より狭くすることができるとされる。【０００８】
特許文献４は、ロータの回転方向の後側部分における永久磁石の幅を狭くすることにより、ＩＰＭモータにおける弱め磁束制御時の渦電流損失を低減させる技術を提案する。この技術においては、分割幅は、各々の永久磁石片における渦電流損失が均一となるように定められており、渦電流路損失は、磁束密度の変動幅に基づいて計算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−３３１７８３号公報
【特許文献２】特開２０００−３２４７３６号公報
【特許文献３】特開２００２−２６２４９０号公報
【特許文献４】特開２００４−０９６８６８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】電気学会技術報告書  第１０９４回  回転機の高速高精度電磁界解析技術  ４８〜５５頁
【非特許文献２】電気学会全国大会講演論文集，５，１６−１７（２００８）
【非特許文献３】電気学会全国大会講演論文集，５，１８−１９（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献３及び４では、いずれも、磁束密度の状態を基準として、磁石を分割する位置を定めている。しかし、近年において必要性が高まっている、より高回転の回転機においては特に、磁束密度の変化の状態を基準として幅を定める方法より効果的に分割位置を定める方法が求められている。【００１２】
本発明は、永久磁石の磁界の変化に伴って発生する渦電流を最も効果的に低減させることができる位置に絶縁層が配置された永久磁石ユニットと、そのような位置に絶縁層が配置された永久磁石ユニットを製造する方法とを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の発明者らは、磁束密度の変化の状態といった永久磁石ユニット外部のパラメータではなく、永久磁石の内部に流れる渦電流そのものの大きさを計算し、それらの情報に基づいて定められた位置に絶縁層を配置することにより、永久磁石ユニットに生じる渦電流損失を従来技術より大きく低減させることができることを見出した。  【００１４】
本発明はその一態様において、永久磁石ユニットを提供する。永久磁石ユニットは、少なくとも１つの絶縁層と該少なくとも１つの絶縁層を介して互いに隣接して配置された複数の永久磁石片とを含む。少なくとも１つの絶縁層は、該少なくとも１つの絶縁層を介することなく複数の永久磁石片が一体に形成された永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさに基づいて定められた位置に配置されている。【００１５】
渦電流の大きさは、該永久磁石の任意の断面ξについて、該断面ξに垂直な方向の渦電流の大きさＪｅ（ξ）として、以下の式、
【数１】
2017051769.tif 000003
（ここで、ｒは位置ベクトル（本明細書の以下の記載において、ｒは位置ベクトルを表す）、ｔは時間を表し、ＪＳ（ｒ，ｔ）は、前記永久磁石の断面ξにおける断面に垂直な方向の渦電流密度ベクトル成分を表し、Ｓは、該永久磁石の断面ξの断面積を表し、Ｔは、電気角一周期を表す。）
を用いて計算されたものであることが好ましい。【００１６】
少なくとも１つの絶縁層は、絶縁物質の層及び空気層のいずれか一方又はこれらの組み合わせであることが好ましく、希土類元素のフッ化物を含む層及び絶縁性の樹脂系接着材料の層のいずれか一方又はこれらの組み合わせであることがより好ましい。永久磁石ユニットは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石であることが好ましい。【００１７】
本発明はその別の態様において、回転機を提供する。回転機は、回転軸に対して平行な中心軸を有する略円筒状のエアギャップを介してステータと対向するように該ステータ内に回転自在に配置されたロータコアを有する。ロータコアには、周方向に間隔をもった複数の位置において長さ方向寸法と厚み方向寸法とを有する長さ方向断面形状のスロットが複数個、軸方向に延びるように形成されている。スロットの各々内には、本発明の一態様による永久磁石ユニットが配置されている。【００１８】
本発明はさらに別の態様において、少なくとも１つの絶縁層と該少なくとも１つの絶縁層を介して互いに隣接して配置された複数の永久磁石片とを含む永久磁石ユニットを製造する方法を提供する。この方法は、少なくとも１つの絶縁層を介することなく複数の永久磁石片が一体に形成された永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさを求める工程と、求められた渦電流の大きさに基づいて、該永久磁石内における少なくとも１つの絶縁層を配置する位置を定める工程と、配置する位置が定められた少なくとも１つの絶縁層に隣接して配置されることになる複数の永久磁石片を作成する工程と、作成された複数の永久磁石片を、少なくとも１つの絶縁層を挟んで互いに隣接するように配置する工程とを含む。【００１９】
複数の永久磁石片を作成する工程は、少なくとも１つの絶縁層を介することなく複数の永久磁石片が一体に形成された永久磁石を作成し、少なくとも１つの絶縁層を配置する位置として定められた位置において該永久磁石を切断して、複数の永久磁石片に分割することを含むことが好ましい。また、複数の永久磁石片を配置する工程は、複数の永久磁石片を各々の永久磁石片の切断面が対向するように配置することを含むことが好ましい。【００２０】
渦電流の大きさを求める工程は、該永久磁石の任意の断面ξについて、該断面ξに垂直な方向の渦電流の大きさＪｅ（ξ）を、以下の式、
【数２】
2017051769.tif 000004
（ここで、ｒは位置ベクトル、ｔは時間を表し、ＪＳ（ｒ，ｔ）は、前記永久磁石の断面ξにおける断面に垂直な方向の渦電流密度ベクトル成分を表し、Ｓは、前記永久磁石の断面ξの断面積を表し、Ｔは、電気角一周期を表す。）
を用いて計算することを含むことが好ましい。【００２１】
本発明によれば、回転機に用いられ、渦電流損失を低減させる効果が最も大きい位置に絶縁層を配置するとともに、渦電流損失を低減させる効果が小さい部分には絶縁層を配置しないようにすることができるため、永久磁石全体の磁気特性を低下させることなく効果的に減磁を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】複数の永久磁石片が絶縁層を介して隣接することにより構成された、本発明の一実施形態による直方体形状の永久磁石ユニットを示す図であり、（ａ）は長さ方向に垂直な断面に１つの絶縁層が配置された永久磁石ユニット、（ｂ）は長さ方向に垂直な断面に３つの絶縁層が配置された永久磁石ユニット、（ｃ）は高さ方向に垂直な断面に１つの絶縁層が配置された永久磁石ユニット、（ｄ）は高さ方向に垂直な断面に３つの絶縁層が配置された永久磁石ユニットである。
【図２】図１に示される永久磁石ユニットが用いられる磁石埋め込み型（ＩＰＭ）モータの例を示す図である。
【図３】直方体形状の永久磁石の任意の断面における断面垂直方向の渦電流密度ベクトルのイメージを示す。
【図４】本発明の実施形態における電磁界数値解析に用いた要素の形状を示す図であり、左図は解析モデルにおける二次元メッシュデータを示し、右図は磁石及びその周辺部分を拡大した図を示す。
【図５】本発明の一実施形態による渦電流の大きさＪｅ（ｘ）の計算結果を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態による渦電流の大きさＪｅ（ｚ）の計算結果を示す図である。
【図７】従来技術による絶縁層配置位置を定めるための磁束密度の変化率を示す図である。
【図８】従来技術による絶縁層配置位置を定めるための渦電流損失の変化を示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態による円筒形状の永久磁石ユニットを示す図であり、（ａ）は、中心軸を通り該中心軸に平行な平面上に位置する断面に２つの絶縁層が配置された永久磁石ユニット、（ｂ）は、４つの絶縁層が配置された永久磁石ユニットである。
【図１０】図９に示される永久磁石ユニットが用いられる表面磁石型（ＳＰＭ）モータを示す図である。
【図１１】円筒形状の永久磁石の任意の断面における断面垂直方向の渦電流密度ベクトルのイメージを示す。
【図１２】本発明の実施形態における電磁界数値解析に用いた解析モデルにおける二次元メッシュデータを示す図である。
【図１３】本発明の別の実施形態による渦電流の大きさＪｅ（θ）の計算結果を示す図である。
【図１４】永久磁石又は永久磁石片の製造工程を示す概略図であり、グリーンシート形成までの各段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明によれば、永久磁石ユニットにおける絶縁層を、内部の渦電流を低減させるための最適な位置に配置することができる。少なくとも１つの絶縁層と該少なくとも１つの絶縁層を介して互いに隣接して配置された複数の永久磁石片とを含む永久磁石ユニットにおいて、少なくとも１つの絶縁層は、複数の永久磁石片が少なくとも１つの絶縁層を介することなく一体に形成された永久磁石を想定して定められた位置に配置され、より具体的には、そのように想定された永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさに基づいて定められた位置に配置されている。
【００２４】
例えば、第１の実施形態として回転機のロータ内に組み込んで用いられる直方体形状の永久磁石を考えると、Ｎ−１個（Ｎは１以上の整数）の絶縁層とＮ個の永久磁石片とを含む永久磁石において、次のＮ番目の絶縁層を配置する位置は、該永久磁石の磁界の変化に伴って永久磁石の内部を流れる渦電流の大きさに基づいて定められた位置とすることができる。こうして定められた位置にＮ番目の絶縁層を配置することによって、Ｎ個の絶縁層と、該Ｎ個の絶縁層の各々によって互いに絶縁されたＮ＋１個の永久磁石片とを含む、直方体形状の永久磁石ユニットが得られる。
【００２５】
一実施形態において、回転機のロータ内に組み込んで用いられ、回転機の磁界を横切って移動する方向に延びる長さ方向（ｘ方向）寸法と、長さ方向に垂直かつ回転機の軸方向に並行な高さ方向（ｚ方向）寸法と、長さ方向及び高さ方向に垂直な厚さ方向（ｙ方向）寸法とを有する直方体形状の永久磁石に、Ｎ番目の絶縁層を、例えば長さ方向に垂直な断面に配置する場合には、長さ方向位置ｘにおける断面について、その永久磁石の磁界の変化に伴って内部に流れる該断面に垂直な長さ方向の渦電流の大きさＪｅ（ｘ）を計算し、Ｊｅ（ｘ）が最大値の９５％の値から最大値までの範囲となる位置にＮ番目の絶縁層が配置される。すなわち、Ｊｅ（ｘ）が最大値となる長さ方向の位置を中心として、その中心位置の長さ方向一方側における、Ｊｅ（ｘ）の最大値の９５％の値に対応する位置と、中心位置から長さ方向他方側における、Ｊｅ（ｘ）の最大値の９５％の値に対応する位置との間のいずれかの位置に、Ｎ番目の絶縁層を配置することができる。なお、この実施形態における永久磁石は、磁石粒子の磁化容易軸が厚さ方向（Ｚ方向）に配向されており、したがって永久磁石の磁化方向Ｃは厚さ方向である。
【００２６】
図１（ａ）は、Ｎが１のときの永久磁石ユニットであり、２つの永久磁石片１０ａ、１０ｂが１つの絶縁層１２を介して隣接するように配置された直方体形状の永久磁石ユニット１を示す。永久磁石ユニット１は、図２に示されるＩＰＭ（磁石埋め込み型）モータ５のスロット５４ｃに挿入することができる。永久磁石ユニット１がＩＰＭモータ５に組み込まれたときの永久磁石ユニット１の移動方向が、図１に矢印Ａで示されている。永久磁石ユニット１は、ＩＰＭモータ５に組み込まれたときに永久磁石ユニット１が移動する方向Ａに延びる長さ方向（Ｘ方向）寸法Ｌと、永久磁石ユニット１が組み込まれたときにＩＰＭモータの回転軸５４ｂに並行となる高さ方向（Ｙ方向）寸法Ｈと、長さ方向及び高さ方向に垂直な厚さ方向（Ｚ方向）寸法ｔとを有する。
【００２７】
図１（ａ）に示される永久磁石ユニット１の絶縁層１２は、永久磁石ユニット１の移動方向前方部分に配置されている。絶縁層１２は、該絶縁層１２を介して隣接する２つの永久磁石片１０ａ、１０ｂが、該絶縁層１２を介することなく一体に形成された永久磁石１’の内部に流れる渦電流Ｊｅの大きさに基づいて定められた位置に配置されている。
【００２８】
具体的には、永久磁石ユニット１の絶縁層１２は、永久磁石ユニット１において、永久磁石ユニット１がＩＰＭモータ５に組み込まれたときの移動方向Ａに垂直な断面（すなわち、永久磁石ユニット１の長さ方向に垂直な断面）に配置されている。この絶縁層１２は、永久磁石１’が磁界内を図１（ａ）に示されるＡ方向に移動するときに、永久磁石１’の長さ方向前端から後端までの各位置において、長さ方向に垂直な断面における長さ方向に並行な方向の渦電流の大きさＪｅ（ｘ）を計算し、Ｊｅ（ｘ）の最も大きな位置に配置されている。その結果、長さＬ１１、高さＨ、厚さｔの永久磁石片１０ａと、絶縁層１２と、長さがＬ１１より長いＬ１２、高さＨ、厚さｔの永久磁石片１０ｂとが、この順で長さ方向に隣接するように配置された永久磁石ユニット１が得られる。
【００２９】
このように、永久磁石１’の内部に生じる渦電流の大きさが最も大きい位置に、永久磁石１’の長さ方向に対して垂直な面に延びるように絶縁層１２を配置し、その絶縁層１２に隣接して異なる大きさの永久磁石片１０ａ、１０ｂを配置することにより、永久磁石１’と同じ全体形状を有するように形成された永久磁石ユニット１は、従来技術に基づいて絶縁層が配置された永久磁石と比べて、渦電流損失をより低減させることができる。
【００３０】
永久磁石ユニット１を構成する永久磁石片１０ａ、１０ｂは、限定されるものではないが、希土類永久磁石片であることが好ましく、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石又はＳｍ−Ｃｏ系磁石であることがより好ましく、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石であることが最も好ましい。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の場合には、典型的には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料は、希土類磁石（Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ）を２７〜４０ｗｔ％、Ｂを０．８〜２ｗｔ％、Ｆｅ（電解鉄）を６０〜７３ｗｔ％の割合で含む。この磁石材料には、磁気特性向上を目的として、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｇ等の他元素を少量含んでも良い。
【００３１】
永久磁石ユニット１に含まれる絶縁層１２は、絶縁層１２を介して隣接する永久磁石片１０ａと永久磁石片１０ｂとの間を効果的に絶縁することができる層であれば良く、絶縁物質を含む層又は空気層とすることが好ましい。絶縁物質として、例えば、エポキシ接着剤、プラスチック、熱収縮性の膜、セラミクスなどを用いることができる。セラミクスを材料とする絶縁層としては、イットリウムを含む希土類元素のフッ化物を含む層を用いることが好ましい。
【００３２】
図２は、図１（ａ）に示される永久磁石１が埋め込まれるＩＰＭモータの一例を示す。ＩＰＭモータ５は、図２に示されるように、非可動部であるステータ５２と、可動部であるロータ５４とを備える。ステータ５２は、周方向に間隔をもって配設された複数のティース５２ａを備えており、このティース５２ａに界磁コイル５３が巻かれる。界磁コイル５３に通電されると、ロータ５４を回転させるための回転磁界が発生する。ロータ５４は、その周面がエアギャップ５５を介してステータ５２と対向するように、該ステータ５２内に回転自在に配置される。エアギャップ５５は、ステータ５２の各ティース５２ａの端面とロータ５４の周面との間に形成されることになる。ロータ５４は、ロータコア５４ａと、該ロータコア５４ａと連結したシャフト５４ｂと、ロータコア５４ａの内部においてシャフト５４ｂの外側に配置された複数の永久磁石ユニット１とを有する。複数の永久磁石ユニット１の各々は、ロータコア５４ａに形成された複数の磁石挿入用スロット５４ｃの各々の内部に、永久磁石ユニット１の高さ方向が図２の紙面に垂直な方向に向けられた状態で挿入される。
【００３３】
ここで、図１（ａ）の永久磁石ユニット１を例として、本発明による絶縁層の配置位置を定める方法を説明する。絶縁層１２が配置される位置は、絶縁層１２を介して隣接する永久磁石片１０ａ、１０ｂが絶縁層１２を介することなく一体に形成された永久磁石１’を想定して定められる。永久磁石ユニット１においては、永久磁石１０ａ及び１０ｂが絶縁層１２を介することなく一体に形成された永久磁石１’が磁界内をＡ方向に移動するときに、永久磁石１’の長さ方向前端から後端までの各位置で、長さ方向に垂直な断面における長さ方向に並行な方向の渦電流の大きさＪｅ（ｘ）を計算し、渦電流の大きさＪｅ（ｘ）の最も大きな長さ方向位置に、絶縁層１２が配置されている。Ｊｅ（ｘ）は、このネオジム永久磁石１’が、例えば図２に示される構造のＩＰＭモータ５に挿入された場合に、永久磁石１’の内部に発生する渦電流の大きさとして、以下の式（１）を用いて計算される。
【数３】
2017051769.tif 000005
但し、ｒは位置ベクトル（ｒ＝（ｘ，ｙ，ｚ））、ｔは時間であり、ｘは、永久磁石１’の長さ方向位置であり、Ｊｘ（ｒ，ｔ）は、永久磁石１’の位置ｘにおける長さ方向の渦電流密度ベクトル成分であり、Ｓは、永久磁石１’の位置ｘにおける断面の面積であり、Ｔは、電気角一周期である。
【００３４】
任意の断面ξにおける、断面ξに垂直な長さ方向の渦電流密度ベクトルのイメージが、図３に示される。上記の式（１）を一般化すると、任意の断面ξに垂直な方向の渦電流の大きさＪｅ（ξ）は、以下の式（２）のように表すことができる。
【数４】
2017051769.tif 000006
但し、ｒは位置ベクトル（ｒ＝（ｘ，ｙ，ｚ））、ｔは時間であり、ＪＳ（ｒ，ｔ）は、任意の断面ξにおける断面に垂直な方向の渦電流密度ベクトル成分を表し、Ｓは、断面ξの断面積を表し、Ｔは、電気角一周期を表す。）
【００３５】
なお、永久磁石ユニットの別の例である後述の永久磁石ユニット３及び４において絶縁層を配置する位置を定める場合には、永久磁石の高さ方向上端から下端までの各位置で、高さ方向に垂直な断面における高さ方向に並行な方向の渦電流の大きさＪｅ（ｚ）が用いられ、Ｊｅ（ｚ）の大きさは、以下の式（３）を用いて計算される。
【数５】
2017051769.tif 000007
但し、ｒは位置ベクトル（ｒ＝（ｘ，ｙ，ｚ））、ｔは時間であり、ｚは永久磁石の高さ方向位置であり、Ｊｚ（ｒ，ｔ）は、永久磁石の位置ｚにおける高さ方向の渦電流密度ベクトル成分であり、Ｓは、永久磁石の位置ｚにおける断面の面積であり、Ｔは、電気角一周期である。
【００３６】
図１（ａ）の例においては、絶縁層１２を介して隣接する２つの永久磁石１０ａ、１０ｂが絶縁層１２を介することなく形成された永久磁石１’として、長さＬが１３１ｍｍ、高さＨが４０ｍｍ、厚さｔが１４．２ｍｍのネオジム永久磁石を用いた。式（１）における渦電流密度ベクトルのｘ方向成分Ｊｘ（ｒ，ｔ）は、この永久磁石１’を非特許文献１に記載のＩＰＭモータベンチマークモデルの磁石として適用し、有限要素法を用いた電磁界数値解析を行って得られる渦電流密度ベクトルＪｅ（ｒ，ｔ）のことである。
【００３７】
本実施形態において電磁界数値解析に用いた条件は、以下のとおりである。
・要素数    ：３，４０６，５９０
・辺数      ：４，１３３，７３３
・未知数    ：３，８２０，００１
・節点数    ：６２０，９８８
・計算方法  ：Ａ−φ法
・要素の種類：四面体辺要素
なお、上記条件のうち要素数が多いほど渦電流の大きさをより精度良く求めることができ、好ましくは、要素数は３００万個以上である。図４は、電磁界数値解析に用いた要素の形状を示す。図４の左側は、解析モデルにおける二次元メッシュデータを示し、右側は、磁石及びその周辺部分を拡大した図を示す。
【００３８】
こうして計算された、永久磁石１’内に流れる渦電流の大きさＪｅ（ｘ）が、図５に示される。図５は、移動方向前端から後端までの長さ（ｍｍ）を横軸とし、それぞれの長さ方向位置における渦電流の大きさＪｅ（ｘ）（Ａ）を縦軸としてプロットしたものである。永久磁石１’の内部に流れる渦電流の大きさＪｅ（ｘ）は、図５において点線とそれに続く実線とで示されている。永久磁石１’においては、渦電流の大きさＪｅ（ｘ）は、長さ方向前端から１１ｍｍの位置Ｄａで最も大きくなっており、６２ｍｍの位置で次に大きくなっていることがわかる。したがって、永久磁石ユニット１において１つの絶縁層を配置する場合には、絶縁層１２は、渦電流の大きさＪｅ（ｘ）が最大となる位置Ｄａに配置されることになる。すなわち、永久磁石ユニット１は、高さ４０ｍｍ、厚さ１４．２ｍｍ、長さ１１ｍｍの永久磁石片１０ａと、高さ４０ｍｍ、厚さ１４．２ｍｍ、長さ１２０ｍｍの永久磁石１０ｂとが、絶縁層１２を介して長さ方向に隣接することによって構成されている。
【００３９】
なお、この例では、渦電流の大きさＪｅ（ｘ）が最大となる位置Ｄａにのみ絶縁層が配置されているが、次に大きい６２ｍｍの位置（すなわち図５に示されるＤｃの位置）にも２つめの絶縁層を配置して、２つの絶縁層と３つの永久磁石片が交互に隣接する永久磁石ユニットとすることもできる。
【００４０】
また、本発明による永久磁石の他の例を、図１（ｂ）に示す。
図１（ｂ）は、Ｎが３のときの永久磁石ユニットであり、４つの永久磁石片２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが３つの絶縁層２２ａ、２２ｂ、２２ｃを介して隣接するように配置された直方体形状の永久磁石ユニット２を示す。永久磁石ユニット２がＩＰＭモータ５に組み込まれたときの永久磁石ユニット１の移動方向が、図１（ｂ）に矢印Ａで示されている。永久磁石ユニット２の全体形状は、永久磁石ユニット１と同じである。
【００４１】
永久磁石ユニット２の絶縁層２２ａは、永久磁石ユニット１と同様の上述の方法及び条件で計算された結果に基づいて定められた位置に配置されている。また、絶縁層２２ｂ、２２ｃは、絶縁層２２ａを有する永久磁石、すなわち永久磁石ユニット１と同じ構成の永久磁石２’の内部に流れる渦電流の大きさを計算し、その計算結果に基づいて定められた位置に配置されている。具体的には、絶縁層２２ｂ、２２ｃは、永久磁石２’がＩＰＭモータ５に組み込まれて磁界内をＡ方向に移動するときに、永久磁石２’の長さ方向における前端から後端までの各位置で、長さ方向に垂直な断面における長さ方向に並行な方向の渦電流の大きさとして計算されたＪｅ（ｘ）の最も大きな位置と、２番目に大きな位置との２箇所に配置される。
【００４２】
例えば、長さＬが１３１ｍｍ、高さＨが４０ｍｍ、厚さｔが１４．２ｍｍのネオジム永久磁石を永久磁石２’として用いた場合において、式（１）によって計算された渦電流の大きさＪｅ（ｘ）は、図５において一点鎖線とそれに続く実線とで示されている。永久磁石ユニット２における絶縁層２２ｂ、２２ａ、２２ｃは、図５における渦電流の大きさＤａ、Ｄｂ、Ｄｃの位置に対応する位置に配置される。したがって、永久磁石ユニット２において、絶縁層２２ａは、長さ方向前端部から６ｍｍの位置に配置されており、絶縁層２２ｂは、長さ方向前端部から１１ｍｍの位置に配置されており、絶縁層２３ｃは、長さ方向前端部から６２ｍｍの位置に配置されている。すなわち、永久磁石ユニット２は、高さ４０ｍｍ、厚さ１４．２ｍｍ、長さ６ｍｍの永久磁石片２０ａと、高さ及び厚さが同じで長さ５ｍｍの永久磁石片２０ｂと、高さ及び厚さが同じで長さが５１ｍｍの永久磁石片２０ｃと、高さ及び厚さが同じで長さが６９ｍｍの永久磁石片２０ｄとが、それぞれ、絶縁層２２ａ、２２ｂ、２２ｃを介して隣接することによって構成されている。
【００４３】
なお、この例においても、図５においてＤｂの右側にある山の位置（約２０ｍｍの位置）にも４つ目の絶縁層を配置して、４つの絶縁層と５つの永久磁石片とが交互に隣接する永久磁石ユニットとすることもできる。
【００４４】
別の実施形態において、回転機のロータ内に配置され、回転機の磁界を横切る移動する方向に延びる長さ方向（ｘ方向）寸法と、長さ方向に垂直かつ回転機の軸方向に並行な高さ方向（ｚ方向）寸法と、長さ方向及び高さ方向に垂直な厚さ方向（ｙ方向）寸法とを有する永久磁石に、Ｎ番目の絶縁層を、高さ方向に垂直な断面に配置する場合には、その永久磁石の内部に流れる高さ方向の渦電流の大きさＪｅ（ｚ）を式（２）を用いて計算し、Ｊｅ（ｚ）が最大となる位置にＮ番目の絶縁層が配置される。
【００４５】
図１（ｃ）は、Ｎが１のときの永久磁石ユニットであり、２つの永久磁石片３０ａ、３０ｂが１つの絶縁層３２を介して隣接するように配置された永久磁石ユニット３を示す。永久磁石ユニット３がＩＰＭモータ５に組み込まれたときの永久磁石ユニット３の移動方向が矢印Ａで示されており、永久磁石ユニット３の全体形状は、永久磁石ユニット１と同じである。
【００４６】
永久磁石ユニット３の絶縁層３２は、永久磁石ユニット３の高さ方向中央部に配置されている。絶縁層３２は、該絶縁層３２を介して隣接する２つの永久磁石３０ａ及び３０ｂが、該絶縁層３２を介することなく一体に形成された永久磁石３’の内部に流れる渦電流の大きさＪｅ（ｚ）に基づいて定められた位置に配置されている。
【００４７】
具体的には、永久磁石ユニット３の絶縁層３２は、永久磁石ユニット３において、永久磁石ユニット３がＩＰＭモータ５に組み込まれたときのＩＰＭモータ５の軸５４ｂ方向（すなわち、永久磁石ユニット３の高さ方向）に垂直な断面に配置されている。この絶縁層３２は、永久磁石３’が磁界内を図１（ｃ）に示されるＡ方向に移動するときに、永久磁石３’の高さ方向における上端から下端までの各位置で、高さ方向に垂直な断面における高さ方向に並行な方向の渦電流の大きさとして計算されたＪｅ（ｚ）の最も大きな位置に配置される。
【００４８】
例えば、長さＬが１３１ｍｍ、高さＨが４０ｍｍ、厚さｔが１４．２ｍｍのネオジム永久磁石を永久磁石３’として用いた場合において、式（２）によって計算された渦電流の大きさＪｅ（ｚ）が、図６において点線で示されている。渦電流の大きさＪｅ（ｚ）の計算方法及び条件は、渦電流の大きさＪｅ（ｘ）を計算した上述の場合と同じである。図６は、永久磁石３’の高さ方向の上端から下端までの長さ（ｍｍ）を横軸とし、それぞれの高さ方向位置における渦電流の大きさＪｅ（ｚ）の大きさを縦軸としてプロットしたものである。永久磁石３’においては、渦電流の大きさＪｅ（ｚ）は、高さ方向上端から２０ｍｍの位置Ｄａで最も大きくなっていることがわかる。したがって、永久磁石ユニット３においては、絶縁層３２は、渦電流Ｊｅ（ｚ）が最大となる位置Ｄａに配置されることになる。すなわち、永久磁石ユニット３は、高さ２０ｍｍ、厚さ１４．２ｍｍ、長さ１３１ｍｍの永久磁石片３０ａと、高さ２０ｍｍ、厚さ１４．２ｍｍ、長さ１３１ｍｍの永久磁石１０ｂとが、絶縁層３２を介して高さ方向に隣接することによって構成されている。
【００４９】
図１（ｄ）は、Ｎが３のときの永久磁石ユニットであり、４つの永久磁石片４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが３つの絶縁層４２ａ、４２ｂ、４２ｃを介して隣接するように配置された永久磁石ユニット４を示す。永久磁石ユニット４がＩＰＭモータ５に組み込まれたときの永久磁石ユニット４の移動方向が矢印Ａで示されており、永久磁石ユニット４の全体形状は、永久磁石ユニット１と同じである。
【００５０】
永久磁石ユニット４の絶縁層４２ａは、永久磁石ユニット３と同様の上述の方法及び条件で計算された結果に基づいて定められた位置に配置されている。また、絶縁層４２ｂ、４２ｃは、絶縁層４２ａを有する永久磁石、すなわち永久磁石ユニット３と同じ構成の永久磁石４’の内部に流れる渦電流の大きさを計算し、その計算結果に基づいて定められた位置に配置されている。具体的には、絶縁層４２ｂ、４２ｃは、永久磁石４’がＩＰＭモータ５に組み込まれて磁界内をＡ方向に移動するときに、永久磁石４’の高さ方向における上端から下端までの各位置で、高さ方向に垂直な断面における高さ方向に並行な方向の渦電流の大きさとして計算されたＪｅ（ｚ）の最も大きな位置の２箇所に配置される。
【００５１】
例えば、長さＬが１３１ｍｍ、高さＨが４０ｍｍ、厚さｔが１４．２ｍｍのネオジム永久磁石を永久磁石４’として用いた場合において、式（２）によって計算された渦電流の大きさＪｅ（ｚ）は、図６において一点鎖線で示されている。永久磁石ユニット４における絶縁層４２ｂ、４２ａ、４２ｃの位置は、図６における渦電流の大きさＤｂ、Ｄａ、Ｄｃの位置に対応している。永久磁石ユニット４において、絶縁層４２ｂ、４２ａ、４２ｃは、それぞれ、高さ方向上端から１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの位置に配置されている。すなわち、永久磁石ユニット４は、高さ１０ｍｍ、厚さ１４．２ｍｍ、長さ１３１ｍｍの永久磁石片４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが、絶縁層４２ｂ、４２ａ、４２ｃを介して高さ方向に隣接することによって構成されている。
【００５２】
上記の方法で絶縁層を配置する位置が定められ、絶縁層が配置された永久磁石ユニット１〜４と、絶縁層が配置されていない永久磁石とについて、渦電流の大きさの最大値、渦電流の大きさの最大値が発生した位置、渦電流損失及び渦電流損失の低下率をまとめると、以下の表１のとおりである。
【００５３】
【表１】
2017051769.tif 000008
【００５４】
表１におけるそれぞれの永久磁石及び永久磁石ユニットについて、渦電流損失Ｗｅｄは、以下の式（４）を用いて有限要素法により求めた。
【数６】
2017051769.tif 000009
但し、Ｔは電気角一周期、Ｖｍａｇは永久磁石又は永久磁石ユニットの体積、σは永久磁石片の導電率である。また、渦電流密度ベクトルＪｅは、永久磁石又は永久磁石ユニットを非特許文献１に記載のＩＰＭモータベンチマークモデルの磁石として適用して、有限要素法を用いて電磁界数値解析を行ったときの、有限要素の各々の重心に流れる渦電流密度ベクトルである。ここで行った電磁界数値解析の条件は、永久磁石１’内に流れる渦電流の大きさを計算したときの条件と同じである。
【００５５】
次に、本発明に係る絶縁層の配置位置規定方法によって絶縁層が配置された永久磁石ユニットについて、渦電流損失の低下の効果を確認するために、従来技術によって絶縁層が配置された永久磁石ユニットとの比較を行った。比較は、本発明による永久磁石ユニット１と、該永久磁石ユニット１で絶縁層を配置する位置を定めるために用いられた永久磁石１’において従来技術により定められる位置に絶縁層が配置された永久磁石ユニットとの間で行った。永久磁石１’は、長さＬが１３１ｍｍ、高さＨが４０ｍｍ、厚さｔが１４．２ｍｍのネオジム永久磁石である。従来技術により定められる絶縁層は、永久磁石ユニット１と同様に、移動方向に垂直な断面に配置される。従来技術による絶縁層の位置は、特許文献３及び特許文献４に記載された絶縁層の配置位置規定方法を用いて定めた。
【００５６】
特許文献３に記載の方法は、永久磁石ユニットに含まれる永久磁石片の幅を、磁界内を横切るときの永久磁石ユニットの各位置における磁束密度の変化率に対応して定める方法である。磁束密度の変化率を求める式として、以下の２つの計算式（５）及び（６）を用いた。式（５）は、永久磁石ユニットの長さ方向の任意の位置（長さ方向に垂直な任意の断面）における磁束密度の平均値を求めるものであり、式（６）は、永久磁石ユニットの長さ方向の任意の位置における磁束密度の時間変化の平均値を求めるものである。
【数７】
2017051769.tif 000010
【数８】
2017051769.tif 000011
但し、ｒは位置ベクトル（ｒ＝（ｘ，ｙ，ｚ））、ｔは時間、Ｔは電気角一周期、Ｓは長さ方向に垂直な断面の面積、Ｂｙ（ｒ，ｔ）は電動機の駆動時に永久磁石上においてその厚み方向（ｙ方向）に発生する磁束密度成分である。
【００５７】
式（５）及び式（６）で計算された値を、永久磁石ユニットの長さ方向を横軸としてプロットした図が、それぞれ図７（ａ）及び図７（ｂ）に示される。これらの計算結果に基づいて、永久磁石ユニット１と同様に１つの絶縁層が配置される位置は、当該絶縁層を介して隣接する永久磁石片の磁束密度の変化率が等しくなる位置とした。その結果、式（５）で計算された場合には、移動方向前端から６０ｍｍの位置に絶縁層が配置され、式（６）で計算された場合には、移動方向前端から２０ｍｍの位置に絶縁層が配置される結果となった。こうして位置が定められた永久磁石を、それぞれ比較例１、比較例２とした。
【００５８】
特許文献４に記載の方法は、永久磁石に含まれる永久磁石片の幅を、磁界内を横切るときに永久磁石片に発生する渦電流損失が概ね均一となるように定める方法である。渦電流損失Ｗｌｏｓｓは、磁束密度Ｂ（ｘ）の２乗の変化率に比例するものとして、以下の式（７）によって求められる。
【数９】
2017051769.tif 000012
【００５９】
式（７）で計算された値を、永久磁石ユニットの長さ方向を横軸としてプロットした図が、図８に示される。この計算結果に基づいて、永久磁石ユニット１と同様に１つの絶縁層を配置する位置は、当該絶縁層を介して隣接する永久磁石片に発生する渦電流損失、すなわち磁束密度の２乗の変化率が等しくなる位置とした。その結果、式（７）で計算された場合には、移動方向前端から５５ｍｍの位置に絶縁層が配置されることとなった。こうして位置が定められた永久磁石を比較例３とした。
【００６０】
なお、比較例１〜比較例３について、それぞれの特許文献には、具体的な絶縁層の配置位置が記載されていない。したがって、比較例１〜比較例３における絶縁層の配置位置は、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図８において、曲線を二つに分割したときに分割されたそれぞれの曲線の下側領域の面積（当該曲線と縦軸及び横軸とで囲まれる面積）が等しくなる分割位置とした。
【００６１】
以上をまとめると、表２のとおりである。表２から、本発明に係る永久磁石ユニット及び絶縁層の配置位置規定方法を用いると、従来技術と比較して、永久磁石ユニット全体の渦電流損失を大きく低下させるように絶縁層配置位置を定めることができることがわかる。
【００６２】
【表２】
2017051769.tif 000013
【００６３】
第２の実施形態として、回転機のシャフト表面に配置して用いることができる円筒形状の永久磁石を考えると、絶縁層を介することなく一体に成形された永久磁石に、例えば中心軸に平行な平面上に位置する断面に配置される最初の２つの絶縁層の位置は、該永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部を流れる渦電流の大きさに基づいて定められた位置とすることができる。また、中心軸に平行な平面上に位置する断面に配置されたＭ個（Ｍは２以上）の絶縁層とそのＭ個の絶縁層を介して互いに隣接して配置されたＭ個の永久磁石片とを含む円筒形状の永久磁石ユニットにおいて、次に配置される（Ｍ＋１）番目の絶縁層の位置もまた、該永久磁石ユニットの磁界の変化に伴って該永久磁石ユニットの内部を流れる渦電流の大きさに基づいて定められた位置とすることができる。こうして定められた位置に絶縁層を配置することによって、Ｍ個の絶縁層と、該Ｍ個の絶縁層の各々によって互いに絶縁されたＭ個の永久磁石片とを含む、円筒形状の永久磁石ユニットが得られる。
【００６４】
一実施形態において、回転機のシャフト表面に配置して用いられ、周方向（θ方向）と、径方向（Ｒ方向）と、回転機の中心軸に平行な高さ方向（ｚ方向）とを有する円筒形状の永久磁石に、最初の２つの絶縁層を、例えば中心軸を通り該中心軸に平行な平面上に位置する断面に配置する場合には、機械角θ＝０°からθ＝３６０°までの各断面について、その永久磁石の磁界の変化に伴って内部に流れる該断面に垂直な周方向の渦電流の大きさＪｅ（θ）を計算し、Ｊｅ（θ）が最大値となる周方向位置、又は最大値の近傍、例えば最大値の９５％の値から最大値までの範囲となる周方向位置に、最初の２つの絶縁層が配置される。
【００６５】
図９（ａ）は、２つの絶縁層が配置された永久磁石ユニットであり、２つの永久磁石片６０ａ、６０ｂが２つの絶縁層６２ａ、６２ｂを介して隣接するように配置された円筒形状の永久磁石ユニット６を示す。永久磁石ユニット６は、図１０に示されるＳＰＭ（表面磁石型）モータ８のシャフト８５の表面に配置することができる。永久磁石ユニット６は、ＳＰＭモータ８に組み込まれたときには、中心軸６ｃの周りにおいて図９の矢印Ａの方向に回転する。
【００６６】
図９（ａ）に示される永久磁石ユニット６の絶縁層６２ａ、６２ｂは、永久磁石ユニット６の中心軸６ｃを通り中心軸６ｃに平行な平面上に配置されている。絶縁層６２ａ、６２ｂは、２つの永久磁石片６０ａ、６０ｂが絶縁層６２ａ、６２ｂを介することなく一体に成形された永久磁石６’の内部に流れる渦電流Ｊｅの大きさに基づいて定められた位置に、配置されている。
【００６７】
具体的には、永久磁石ユニット６の絶縁層６２ａ、６２ｂは、永久磁石ユニット６が図１０に示されるようにＳＰＭモータ８に組み込まれたときの機械角θ＝６８°及び２４８°の位置における断面に配置されている。絶縁層６２ａ、６２ｂは、絶縁層のない永久磁石６’を図１０に示されるＳＰＭモータに組み込んでＡ方向に回転させたときに、永久磁石６’の中心軸を通り中心軸に平行な平面上に位置する各断面において、その断面に垂直な周方向の渦電流の大きさＪｅ（θ）を計算し、Ｊｅ（θ）の最も大きかった位置の２箇所に配置されている。
【００６８】
また、図９（ｂ）は、４つの絶縁層が配置された永久磁石ユニットであり、４つの永久磁石片７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄが４つの絶縁層７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄを介して隣接するように配置された円筒形状の永久磁石ユニット７を示す。永久磁石ユニット７は、図１０に示されるＳＰＭモータ８のシャフト８４の表面に配置することができる。永久磁石ユニット７は、ＳＰＭモータ８に組み込まれたときには、中心軸７ｃの周りにおいて図９の矢印Ａの方向に回転する。
【００６９】
図９（ｂ）に示される永久磁石ユニット７の絶縁層７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは、永久磁石ユニット７の中心軸７ｃを通り中心軸７ｃに平行な平面上に配置されている。絶縁層７２ｃ、７２ｄは、２つの絶縁層７２ａ、７２ｂを有する永久磁石、すなわち永久磁石ユニット６と同じ構成の永久磁石７’の内部に流れる渦電流Ｊｅの大きさに基づいて定められた位置に、配置されている。
【００７０】
具体的には、永久磁石ユニット７の絶縁層７２ｃ、７２ｄは、永久磁石ユニット７が図１０に示されるようにＳＰＭモータ８に組み込まれたときの機械角θ＝９２°及び２７２°の位置における断面に配置されている。絶縁層７２ｃ、７２ｄは、２つの絶縁層７２ａ、７２ｂを有する永久磁石７’を図１０に示されるＳＰＭモータに組み込んでＡ方向に移動させたときに、永久磁石７’の中心軸を通り中心軸に平行な平面上に位置する各断面において、その断面に垂直な周方向の渦電流の大きさＪｅ（θ）を計算し、Ｊｅ（θ）の最も大きかった位置の２箇所に配置されている。
【００７１】
以上のように、絶縁層のない永久磁石６’の内部に生じる渦電流の大きさが最も大きい位置に絶縁層を配置することにより、永久磁石ユニット６は、絶縁層のない永久磁石と比べて、渦電流損失をより低減させることができる。同様に、２つの絶縁層を有する永久磁石７’の内部に生じる渦電流の大きさが最も大きい位置に絶縁層を配置することにより、永久磁石ユニット７は、絶縁層のない永久磁石だけでなく、２つの絶縁層を有する永久磁石ユニット６と比べても、渦電流損失をより低減させることができる。
【００７２】
図１０は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示される永久磁石ユニットの絶縁層の位置を定めるために用いた２極６スロットのＳＰＭモータ８を示す。ＳＰＭモータ８は、非可動部であるステータ８２と、可動部であるロータ８４とを備える。ロータ８４は、円筒形状の永久磁石６’又は永久磁石７’とシャフト８５とを有し、永久磁石６’又は永久磁石７’は、シャフト８５の外表面に内表面が接するように配置される。ステータ８２は、周方向に間隔をもって配設された複数のティース８２ａを備えており、このティース８２ａに界磁コイル８３が巻かれている。界磁コイル８３に通電されると、ロータ８４を回転させるための回転磁界が発生する。永久磁石６’又は永久磁石７’は、外周面がエアギャップ８６を介してティース８２ａの端面８２ｂと対向する。
【００７３】
ＳＰＭモータ８の仕様及びパラメータは、表３に示されるとおりであり、絶縁層の位置を決定するための渦電流の大きさＪｅ（θ）は、以下の式（８）を用いて計算される。Ｊｅ（θ）は、永久磁石６’又は永久磁石７’が図１０に示されるＳＰＭモータ８に用いられた場合に、永久磁石６’又は永久磁石７’の内部に発生する周方向の渦電流の大きさである。図１１には、円筒形状の永久磁石の任意の断面における渦電流密度ベクトルのイメージを示す。なお、この実施形態における永久磁石は、パラレル配向磁石であり、磁化方向Ｃの初期機械角は、θ＝６０°としている。また、図１０に示されるステータ８２とロータ８４との位置関係が、電流進角０°の位置である。
【００７４】
【表３】
2017051769.tif 000014
【数１０】
2017051769.tif 000015
ただし、ｒは位置ベクトル（ｒ＝（θ、Ｒ、ｚ））、ｔは時間であり、θは永久磁石６’又は永久磁石７’の周方向位置であり、Ｊθ（ｒ，ｔ）は、永久磁石６’又は永久磁石７’の周方向位置θにおける、中心軸を通り中心軸に平行な平面上に位置する断面に垂直な方向の渦電流密度ベクトル成分であり、Ｓは、永久磁石６’又は永久磁石７’の周方向位置θにおける断面の面積であり、Ｔは電気角一周期である。
【００７５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）の例において、式（８）の渦電流密度ベクトルの周方向成分Ｊθ（ｒ，ｔ）は、永久磁石６’又は永久磁石７’を非特許文献２及び非特許文献３に記載の解析モデルの磁石として適用し、有限要素法を用いた電磁界数値解析を行って得ることができる。
【００７６】
本実施形態において電磁界数値解析に用いた条件は、以下のとおりである。
・要素数    ：１，２０２，２４４
・辺数      ：２，５０２，９３１
・未知数    ：２，３９８，３６３
・節点数    ：６３４，５８０
・計算方法  ：Ａ−φ法
・要素の種類：五面体辺要素
なお、上記条件のうち、要素数が多いほど渦電流の大きさをより精度良く求めることができる。図１２は、電磁界数値解析に用いた解析モデルにおける二次元メッシュデータを示す。
【００７７】
こうして計算された、永久磁石６’内に流れる渦電流の大きさＪｅ（θ）が図１３（ａ）に示され、永久磁石７’内に流れる渦電流の大きさＪｅ（θ）が図１３（ｂ）に示される。これらの図は、機械角０°から３６０°までの角度を横軸とし、それぞれの機械角に対応する永久磁石の周方向位置における断面の渦電流の大きさＪｅ（θ）を縦軸としてプロットしたものである。絶縁層のない永久磁石６’においては、図１３（ａ）に示されるように、渦電流の大きさＪｅ（θ）は、機械角６８°の位置と２４８°の位置で最も大きくなった。したがって、永久磁石ユニット６においては、図９（ａ）に示されるように絶縁層６２ａ及び６２ｂが配置される。また、図９（ａ）に示される位置に２つの絶縁層が配置された永久磁石７’においては、図１３（ｂ）に示されるように、渦電流の大きさＪｅ（θ）は、機械角９２°の位置と２７２°の位置で最も大きくなった。したがって、永久磁石ユニット７においては、図９（ｂ）に示されるように絶縁層７２ａ、７２ｂ、７２ｃ及び７２ｄが配置される。
【００７８】
上記のように絶縁層を配置する位置が定められ、絶縁層が配置された永久磁石ユニット６及び永久磁石ユニット７と、絶縁層が配置されていない永久磁石とについて、渦電流の大きさの最大値が発生した周方向位置（機械角）、渦電流損失及び渦電流損失の低下率をまとめると、以下の表４のとおりである。また、永久磁石ユニット６及び永久磁石ユニット７について、渦電流の大きさが最大値となる周方向位置に絶縁層を配置した場合とそれ以外の位置に絶縁層を配置した場合との効果を確認するため、絶縁層の周方向位置による渦電流損失及び渦電流損失の低下率をまとめると、以下の表５のとおりである。なお、渦電流損失は、永久磁石１〜４の場合と同様に、式（４）を用いて有限要素法により求めた。
【００７９】
【表４】
2017051769.tif 000016
【００８０】
【表５】
2017051769.tif 000017
【００８１】
表４及び表５の結果から、本発明に係る永久磁石ユニット及び絶縁層の配置位置規定方法を用いると、永久磁石ユニット全体の渦電流損失を低下させるように絶縁層配置位置を定めることができることがわかる。また、渦電流の大きさが最大となる位置に絶縁層を配置することにより、渦電流損失の低減効果をより大きくすることができる。
【００８２】
なお、円筒形状の永久磁石に関する上記の実施形態においては、中心軸に平行な平面上に絶縁層を配置する場合について説明したが、絶縁層を配置する位置は、これに限定されるものではない。絶縁層は、例えば中心軸に垂直な平面上に配置することもでき、あるいは中心軸と所定の角度で交わる平面上に配置することもできる。こうした平面上に絶縁層を配置する場合でも、本発明に係る配置位置規定方法に基づいて、永久磁石ユニット全体の渦電流損失を低下させるように絶縁層配置位置を定めることができる。また、円筒形状の永久磁石に関する上記の実施形態においては、２極のパラレル配向円筒形状永久磁石について説明したが、極数や配向方向は、これに限定されるものではない。例えば４極や８極の極異方性円筒形状永久磁石を用いる場合でも、本発明に係る配置位置規定方法に基づいて、永久磁石ユニット全体の渦電流損失を低下させるように絶縁層配置位置を定めることができる。
【００８３】
以下に、本発明による永久磁石ユニットの製造方法を説明する。製造方法においては、最初に、絶縁層を配置する位置を検討する対象となっている永久磁石ユニットと同じ形状の永久磁石を想定して、上述の方法により、該永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさを計算し、それらに基づいて、絶縁層を配置すべき位置を定めることができる。さらに２つ目の絶縁層を配置する場合には、１つの絶縁層を備える永久磁石ユニットを想定して、上述の方法により、該永久磁石ユニットの内部に流れる渦電流の大きさに基づいて、２つ目の絶縁層を配置すべき位置を定めることができる。以下同様に、Ｎ個目の絶縁層を配置する場合には、Ｎ−１個の絶縁層を有する永久磁石ユニットを想定して、Ｎ個目の絶縁層を配置すべき位置を定めることができる。
【００８４】
絶縁層を配置すべき位置を定めた後、最終製品である永久磁石ユニットと同じ形状の永久磁石を作成し、その永久磁石を定められた絶縁層の位置において切断して、分割することによって、永久磁石ユニットに含まれる個々の永久磁石片を作成することができる。得られた永久磁石片を、各々の切断面を対向させて、それらの切断面の間に、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂といった絶縁性接着材料を配置して固定すれば、絶縁性接着材料を絶縁層とする永久磁石ユニットが得られる。また、得られた永久磁石片を、各々の切断面を対向させて回転機の可動部材に設けられたスロットに挿入し、スロットに絶縁性接着材料を流し込むことによって、絶縁性接着材料を絶縁層とする永久磁石ユニットを得ることもできる。さらに、回転機の可動部材に設けられたスロットを、得られた永久磁石片を組み合わせたときの永久磁石ユニットを隙間なく挿入することができる形状に成形しておき、そのスロットに、永久磁石片を組み合わせて挿入することによって、永久磁石ユニットを形成することもできる。この場合には、隣接する永久磁石片の間隙に存在する空気が絶縁層として機能する。あるいは、例えばセラミクスなどを材料とするシート状絶縁層を、永久磁石片とは別に作成し、永久磁石片とシート状絶縁層とを、永久磁石片の切断面が対向するように絶縁性接着材料で接着することによって、永久磁石ユニットを製造することもできる。
【００８５】
別の方法として、絶縁層を配置すべき位置を定めた後、最終製品である永久磁石ユニットと同じ形状の永久磁石において定められた位置に絶縁層が配置されたときに、該絶縁層に隣接することになる永久磁石片を、それぞれ別個に作成することもできる。得られた永久磁石片を、絶縁層の配置位置として定められた面が対向するように組み合わせて隣接させ、それらの面の間に、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂といった絶縁性接着材料を配置して固定すれば、絶縁性接着材料を絶縁層とする永久磁石ユニットが得られる。また、得られた永久磁石片を、同様に隣接させて回転機の可動部材に設けられたスロットに挿入し、スロットに絶縁性接着材料を流し込むことによって、絶縁性接着材料を絶縁層とする永久磁石ユニットを得ることもできる。さらに、回転機の可動部材に設けられたスロットを、得られた永久磁石片を組み合わせたときの永久磁石ユニットを隙間なく挿入することができる形状に成形しておき、そのスロットに、永久磁石片を組み合わせて挿入することによって、永久磁石ユニットを形成することもできる。この場合には、隣接する永久磁石片の間隙に存在する空気が絶縁層として機能する。あるいは、例えばセラミクスなどを材料とするシート状絶縁層を、永久磁石片とは別に作成し、永久磁石片とシート状絶縁層とを、絶縁層の配置位置として定められた面が対向するように絶縁性接着材料で接着することによって、永久磁石ユニットを製造することもできる。
【００８６】
永久磁石を作成して分割する方法を用いる場合の当該永久磁石、又は、永久磁石片を別個に作成して組み合わせる場合のそれぞれの永久磁石片は、圧粉成形により成形された成形体や、磁石粉末とバインダーとが混合された混合物（スラリー又はコンパウンド）から成形された成形体を焼結し、この焼結体を着磁することによって作成することができる。最も好ましい方法として、磁石粉末とバインダーとが混合された混合物（スラリー又はコンパウンド）から成形された成形体を焼結して焼結体とする方法を、以下に説明する。図１４は、焼結体の製造工程を示す概略図である。
【００８７】
先ず、所定分率のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金からなる磁石材料のインゴットを鋳造法により製造する。代表的には、ネオジム磁石に使用されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金は、Ｎｄが３０ｗｔ％、電解鉄であることが好ましいＦｅが６７ｗｔ％、Ｂが１．０ｗｔ％の割合で含まれる組成を有する。次いで、このインゴットを、スタンプミル又はクラッシャー等の公知の手段を使用して２００μｍ程度の大きさに粗粉砕する。代替的には、インゴットを溶解し、ストリップキャスト法によりフレークを作成し、水素解砕法で粗粉化する。それによって、粗粉砕磁石材料粒子１１５が得られる（図１４（ａ）参照）。
【００８８】
次いで、粗粉砕磁石材料粒子１１５を、ビーズミル１１６による湿式法又はジェットミルを用いた乾式法等によって微粉砕する。例えば、ビーズミル１１６による湿式法を用いた微粉砕では、溶媒中で粗粉砕磁石粒子１１５を所定範囲の粒径（例えば０．１μｍ〜５．０μｍ）に微粉砕し、溶媒中に磁石材料粒子を分散させる（図１４（ｂ）参照）。その後、湿式粉砕後の溶媒に含まれる磁石粒子を真空乾燥などの手段によって乾燥させて、乾燥した磁石粒子を取り出す（図示せず）。ここで、粉砕に用いる溶媒の種類には特に制限はなく、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノールなどのアルコール類、酢酸エチル等のエステル類、ペンタン、ヘキサンなどの低級炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレンなど芳香族類、ケトン類、それらの混合物、液体アルゴン、液体窒素、液体ヘリウム等が使用できる。この場合において、溶媒中に酸素原子を含まない溶媒を用いることが好ましい。
【００８９】
一方、ジェットミルによる乾式法を用いる微粉砕においては、粗粉砕した磁石材料粒子１１５を、（ａ）酸素含有量が実質的に０％の窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスからなる雰囲気中、又は（ｂ）酸素含有量が０．０００１〜０．５％の窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスからなる雰囲気中で、ジェットミルにより微粉砕し、例えば０．７μｍ〜５．０μｍといった所定範囲の平均粒径を有する微粒子とする。ここで、酸素濃度が実質的に０％とは、酸素濃度が完全に０％である場合に限定されず、微粉の表面にごく僅かに酸化被膜を形成する程度の量の酸素を含有しても良いことを意味する。
【００９０】
次に、ビーズミル１１６等で微粉砕された磁石材料粒子を所望形状に成形する。この磁石材料粒子の成形のために、上述のように微粉砕された磁石材料粒子１１５とバインダーとを混合した混合物を準備する。バインダーとしては、樹脂材料を用いることが好ましく、バインダーに樹脂を用いる場合には、構造中に酸素原子を含まず、かつ解重合性のあるポリマーを用いるのが好ましい。また、後述のように磁石粒子とバインダーとの混合物を、例えば台形形状のような所望形状に成形する際に生じた混合物の残余物を再利用できるようにするために、かつ、混合物を加熱して軟化した状態で磁場配向を行うことができるようにするために、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。具体的には、以下の一般式（１）に示されるモノマーから形成される１種又は２種以上の重合体又は共重合体からなるポリマーが好適に用いられる。
【化１】
2017051769.tif 000018
（但し、Ｒ１及びＲ２は、水素原子、低級アルキル基、フェニル基又はビニル基を表す）
【００９１】
上記条件に該当するポリマーとしては、例えばイソブチレンの重合体であるポリイソブチレン（ＰＩＢ）、イソプレンの重合体であるポリイソプレン（イソプレンゴム、ＩＲ）、１，３−ブタジエンの重合体であるポリブタジエン（ブタジエンゴム、ＢＲ）、スチレンの重合体であるポリスチレン、スチレンとイソプレンの共重合体であるスチレン−イソプレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、イソブチレンとイソプレンの共重合体であるブチルゴム（ＩＩＲ）、スチレンとブタジエンの共重合体であるスチレン−ブタジエンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレンとエチレン、ブタジエンの共重合体であるスチレン-エチレン-ブタジエン-スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレンとエチレン、プロピレンの共重合体であるスチレン-エチレン-プロピレン-スチレン共重合体（ＳＥＰＳ）、エチレンとプロピレンの共重合体であるエチレン-プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン、プロピレンとともにジエンモノマーを共重合させたＥＰＤＭ、２−メチル−１−ペンテンの重合体である２−メチル−１−ペンテン重合樹脂、２−メチル−１−ブテンの重合体である２−メチル−１−ブテン重合樹脂等がある。また、バインダーに用いる樹脂としては、酸素原子、窒素原子を含むモノマーの重合体又は共重合体（例えば、ポリブチルメタクリレートやポリメチルメタクリレート等）を少量含む構成としても良い。更に、上記一般式（１）に該当しないモノマーが一部共重合していても良い。
【００９２】
なお、バインダーに用いる樹脂としては、磁場配向を適切に行う為に２５０℃以下で軟化する熱可塑性樹脂、より具体的にはガラス転移点又は流動開始温度が２５０℃以下の熱可塑性樹脂を用いることが望ましい。
【００９３】
熱可塑性樹脂中に磁石材料粒子を分散させるために、配向潤滑剤を適量添加する事が望ましい。配向潤滑剤としては、アルコール、カルボン酸、ケトン、エーテル、エステル、アミン、イミン、イミド、アミド、シアン、リン系官能基、スルホン酸、二重結合や三重結合などの不飽和結合を有する化合物、液状飽和炭化水素化合物のうち、少なくともひとつを添加することが望ましい。複数を混合して用いても良い。そして、後述するように、磁石材料粒子とバインダーとの混合物に対して磁場を印加して該磁石材料を磁場配向するにあたっては、混合物を加熱してバインダー成分が軟化した状態で磁場配向処理を行う。
【００９４】
磁石材料粒子に混合されるバインダーとして上記条件を満たすバインダーを用いることによって、焼結後の焼結体内に残存する炭素量及び酸素量を低減させることが可能となる。具体的には、焼結後に焼結体内に残存する炭素量を２０００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下とすることができる。また、焼結後に焼結体内に残存する酸素量を５０００ｐｐｍ以下、より好ましくは２０００ｐｐｍ以下とすることができる。
【００９５】
バインダーの添加量は、スラリー又は加熱溶融したコンパウンドを成形する場合に、成形の結果として得られる成形体の厚み精度が向上するように、磁石材料粒子間の空隙を適切に充填できる量とする。例えば、磁石材料粒子とバインダーの合計量に対するバインダーの比率が、１ｗｔ％〜４０ｗｔ％、より好ましくは２ｗｔ％〜３０ｗｔ％、更に好ましくは３ｗｔ％〜２０ｗｔ％となるようにする。
【００９６】
磁石材料粒子とバインダーとからなる混合物すなわちコンパウンド１１７は、グリーン成形体（以下、「グリーンシート」という）に一旦成形した後に、必要に応じて配向処理を行うための成形体形状とする。混合物を特にシート形状に成形する場合には、例えば磁石材料粒子とバインダーとの混合物であるコンパウンド１１７を加熱した後にシート形状に成形するホットメルト塗工によるか、又は、磁石材料粒子とバインダーと有機溶媒とを含むスラリーを基材上に塗工することによりシート状に成形するスラリー塗工等による成形を採用することができる。
【００９７】
以下においては、特にホットメルト塗工を用いたグリーンシート成形について説明するが、本発明は、そのような特定の成形法に限定されるものではない。例えば、コンパウンド１１７を成形用型に入れ、室温〜３００℃に加熱しながら０．１〜１００ＭＰａで加圧することによって成形してもよい。より具体的には、軟化する温度まで加熱したコンパウンド１１７を、射出圧を加えて金型に押込み充填して成形する方法を用いることができる。
【００９８】
既に述べたように、ビーズミル１１６等で微粉砕された磁石材料粒子にバインダーを混合することにより、磁石材料粒子とバインダーとからなる粘土状の混合物すなわちコンパウンド１１７を作成する。ここで、バインダーとしては、上述したように樹脂、配向潤滑剤の混合物を用いることができる。例えば、樹脂としては、構造中に酸素原子を含まず、かつ解重合性のあるポリマーからなる熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、一方、配向潤滑剤としては、アルコール、カルボン酸、ケトン、エーテル、エステル、アミン、イミン、イミド、アミド、シアン、リン系官能基、スルホン酸、二重結合や三重結合などの不飽和結合を有する化合物のうち、少なくともひとつを添加することが好ましい。また、バインダーの添加量は、上述したように添加後のコンパウンド１１７における磁石材料粒子とバインダーの合計量に対するバインダーの比率が、１ｗｔ％〜４０ｗｔ％、より好ましくは２ｗｔ％〜３０ｗｔ％、さらに好ましくは３ｗｔ％〜２０ｗｔ％となるようにする。
【００９９】
ここで配向潤滑剤の添加量は磁石材料粒子の粒子径に応じて決定することが好ましく、磁石材料粒子の粒子径が小さい程、添加量を多くすることが推奨される。具体的な添加量としては、磁石材料粒子に対して０．１部〜１０部、より好ましくは０．３部〜８部とする。添加量が少ない場合には分散効果が小さく、配向性が低下する恐れがある。また、添加量が多い場合は、磁石材料粒子を汚染する恐れがある。磁石材料粒子に添加された配向潤滑剤は、磁石材料粒子の表面に付着し、磁石材料粒子を分散させ粘土状混合物を与えるとともに、後述の磁場配向処理において、磁石材料粒子の回動を補助するように作用する。その結果、磁場を印加した際に配向が容易に行われ、磁石粒子の磁化容易軸方向をほぼ同一方向に揃えること、すなわち、配向度を高くすることが可能になる。特に、磁石材料粒子にバインダーを混合する場合には、粒子表面にバインダーが存在するようになるため、磁場配向処理時の摩擦力が高くなり、そのために粒子の配向性が低下する恐れがあり、配向潤滑剤を添加することの効果がより高まる。
【０１００】
磁石材料粒子とバインダーとの混合は、窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスからなる雰囲気のもとで行うことが好ましい。磁石材料粒子とバインダーとの混合は、例えば磁石材料粒子とバインダーをそれぞれ攪拌機に投入し、攪拌機で攪拌することにより行う。この場合において、混練性を促進する為に加熱攪拌を行っても良い。さらに、磁石材料粒子とバインダーの混合も、窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなど不活性ガスからなる雰囲気で行うことが望ましい。また、特に磁石粒子を湿式法で粉砕した場合においては、粉砕に用いた溶媒から磁石粒子を取り出すことなくバインダーを溶媒中に添加して混練し、その後に溶媒を揮発させ、コンパウンド１１７を得るようにしても良い。
【０１０１】
続いて、コンパウンド１１７をシート状に成形することにより、前述したグリーンシートを作成する。ホットメルト塗工を採用する場合には、コンパウンド１１７を加熱することにより該コンパウンド１１７を溶融し、流動性を有する状態にした後、支持基材１１８上に塗工する。その後、放熱によりコンパウンド１１７を凝固させて、支持基材１１８上に長尺シート状のグリーンシート１１９を形成する。この場合、コンパウンド１１７を加熱溶融する際の温度は、用いるバインダーの種類や量によって異なるが、通常は５０〜３００℃とする。但し、用いるバインダーの流動開始温度よりも高い温度とする必要がある。なお、スラリー塗工を用いる場合には、多量の溶媒中に磁石材料粒子とバインダー、及び、任意ではあるが、配向を助長する配向潤滑剤を分散させ、スラリーを支持基材１１８上に塗工する。その後、乾燥して溶媒を揮発させることにより、支持基材１１８上に長尺シート状のグリーンシート１１９を形成する。
【０１０２】
ここで、溶融したコンパウンド１１７の塗工方式は、スロットダイ方式又はカレンダーロール方式等の、層厚制御性に優れる方式を用いることが好ましい。特に、高い厚み精度を実現する為には、特に層厚制御性に優れた、すなわち、基材の表面に高精度の厚さの層を塗工できる方式であるダイ方式やコンマ塗工方式を用いることが望ましい。例えば、スロットダイ方式では、加熱して流動性を有する状態にしたコンパウンド１１７をギアポンプにより圧送してダイに注入し、ダイから吐出することにより塗工を行う。また、カレンダーロール方式では、加熱した２本のロールのニップ間隙に、コンパウンド１１７を制御した量で送り込み、ロールを回転させながら、支持基材１１８上に、ロールの熱で溶融したコンパウンド１１７を塗工する。支持基材１１８としては、例えばシリコーン処理ポリエステルフィルムを用いることが好ましい。さらに、消泡剤を用いるか、加熱真空脱泡を行うことによって、塗工され展開されたコンパウンド１１７の層中に気泡が残らないよう、充分に脱泡処理することが好ましい。或いは、支持基材１１８上に塗工するのではなく、押出成型や射出成形によって溶融したコンパウンド１１７をシート状に成型しながら支持基材１１８上に押し出すことによって、支持基材１１８上にグリーンシート１１９を成形することもできる。
【０１０３】
図１４に示す実施形態では、スロットダイ１２０を用いてコンパウンド１１７の塗工を行うようにしている。このスロットダイ方式によるグリーンシート１１９の形成工程では、塗工後のグリーンシート１１９のシート厚みを実測し、その実測値に基づいたフィードバック制御により、スロットダイ１２０と支持基材１１８との間のニップ間隙を調節することが望ましい。この場合において、スロットダイ１２０に供給する流動性コンパウンド１１７の量の変動を極力低下させ、例えば±０．１％以下の変動に抑え、さらに塗工速度の変動も極力低下させ、例えば±０．１％以下の変動に抑えることが望ましい。このような制御によって、グリーンシート１１９の厚み精度を向上させることが可能である。なお、形成されるグリーンシート１１９の厚み精度は、例えば１ｍｍといった設計値に対して、±１０％以内、より好ましくは±３％以内、さらに好ましくは±１％以内とすることが好ましい。カレンダーロール方式では、カレンダー条件を同様に実測値に基づいてフィードバック制御することで、支持基材１１８に転写されるコンパウンド１１７の膜厚を制御することが可能である。
【０１０４】
グリーンシート１１９の厚みは、０．０５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲に設定することが望ましい。厚みを０．０５ｍｍより薄くすると、必要な磁石厚みを達成するために、多層積層しなければならなくなるので、生産性が低下することになる。
【０１０５】
次に、上述したホットメルト塗工によって支持基材１１８上に形成されたグリーンシート１１９から所望の磁石寸法（たとえば、図１（ａ）の永久磁石ユニット１、又は永久磁石ユニット１に含まれる永久磁石片１０ａ、１０ｂ）に対応する寸法に切り出された加工片を作成する。加工片の寸法は、後述する焼結工程における寸法の縮小を見込んで、焼結工程後に所定の磁石寸法が得られるように定める。加工片は、必要な方向に磁場が印加されることにより、加工片に含まれる磁石材料粒子の磁化容易軸が磁場の方向に配向される。具体的に述べると、加工片は、該加工片に対応する形状のキャビティを有する磁場印加用型内に収容され、加熱することにより加工片に含まれるバインダーを軟化させる。それによって、磁石材料粒子はバインダー内で回動できるようになり、その磁化容易軸を平行磁場に沿った方向に配向させることができる。
【０１０６】
加工片を加熱するための温度及び時間は、用いるバインダーの種類及び量によって異なるが、例えば４０〜２５０℃で０．１〜６０分とする。いずれにしても、加工片内のバインダーを軟化させるためには、加熱温度は、用いられるバインダーのガラス転移点又は流動開始温度以上の温度とする必要がある。加工片を加熱するための手段としては、例えばホットプレートによる加熱、又はシリコーンオイルのような熱媒体を熱源に用いる方式がある。磁場印加における磁場の強さは、５０００［Ｏｅ］〜１５００００［Ｏｅ］、好ましくは、１００００［Ｏｅ］〜１２００００［Ｏｅ］とすることができる。その結果、加工用片に含まれる磁石材料結晶の磁化容易軸が、平行磁場に沿った方向に平行に配向される。この磁場印加工程では、複数個の加工片に対して同時に磁場を印加する構成とすることもできる。このためには、複数個のキャビティを有する型を使用するか、或いは、複数個の型を並べて、同時に平行磁場を印加すれば良い。加工片に磁場を印加する工程は、加熱工程と同時に行っても良いし、加熱工程を行った後であって加工片のバインダーが凝固する前に行っても良い。
【０１０７】
次に、磁場印加工程により磁石材料粒子の磁化容易軸が平行配向された加工片を、磁場印加用型から取り出し、必要な形状の最終成形用型内に移して、焼結処理用加工片に成形する。磁石材料粒子の磁化容易軸が配向された配向後の焼結処理用加工片を、大気圧、或いは、大気圧より高い圧力又は低い圧力（例えば、１．０Ｐａ又は１．０ＭＰａ）に調節した非酸化性雰囲気において、バインダー分解温度で数時間〜数十時間（例えば５時間）保持することにより仮焼処理を行う。この処理では、水素雰囲気又は水素と不活性ガスの混合ガス雰囲気を用いることが推奨される。水素雰囲気のもとで仮焼処理を行う場合には、仮焼中の水素の供給量は、例えば５Ｌ／ｍｉｎとする。仮焼処理を行うことによって、バインダーに含まれる有機化合物を、解重合反応、その他の反応によりモノマーに分解し、飛散させて除去することが可能となる。すなわち、焼結処理用加工片に残存する炭素の量を低減させる処理である脱カーボン処理が行われることとなる。また、仮焼処理は、焼結処理用加工片内に残存する炭素の量が２０００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下とする条件で行うことが望ましい。それによって、その後の焼結処理で焼結処理用加工片の全体を緻密に焼結させることが可能となり、残留磁束密度及び保磁力の低下を抑制することが可能になる。なお、上述した仮焼処理を行う際の加圧条件を大気圧より高い圧力とする場合には、圧力は１５ＭＰａ以下とすることが望ましい。ここで、加圧条件は、大気圧より高い圧力、より具体的には０．２ＭＰａ以上とすれば、特に残存炭素量軽減の効果が期待できる。
【０１０８】
バインダー分解温度は、バインダー分解生成物および分解残渣の分析結果に基づき決定することができる。バインダーの種類により異なるが、２００℃〜９００℃、より好ましくは４００℃〜６００℃、例えば４５０℃とすれば良い。
【０１０９】
上述の仮焼処理においては、一般的な希土類磁石の焼結処理と比較して、昇温速度を小さくすることが好ましい。具体的には、昇温速度を２℃／ｍｉｎ以下、例えば１．５℃／ｍｉｎとすることにより、好ましい結果を得ることができる。従って、仮焼処理を行う場合には、２℃／ｍｉｎ以下の所定の昇温速度で昇温し、予め設定された設定温度（バインダー分解温度）に到達した後に、該設定温度で数時間〜数十時間保持することにより仮焼処理を行う。このように、仮焼処理において昇温速度を小さくすることによって、焼結処理用加工片内の炭素が急激に除去されることがなく、段階的に除去されるようになるので、十分なレベルまで残量炭素を減少させて、焼結後の焼結体の密度を上昇させることが可能となる。すなわち、残留炭素量を減少させることにより、永久磁石中の空隙を減少させることができる。上述のように、昇温速度を２℃／ｍｉｎ以下程度とすれば、焼結後の焼結体の密度を９８％以上（７．４０ｇ／ｃｍ３以上）とすることができ、着磁後の磁石において高い磁石特性を達成することが期待できる。
【０１１０】
続いて、仮焼処理によって仮焼された焼結処理用加工片を焼結する焼結処理が行われる。焼結処理としては、真空中での無加圧焼結法を採用することもできるが、本実施形態では、焼結処理用加工片を配向方向（磁化容易軸と並行な方向）に対して垂直な方向に一軸加圧した状態で焼結する一軸加圧焼結法を採用することが好ましい。この方法では、必要な永久磁石又は永久磁石片の形状と同じ形状のキャビティを有する焼結用型内に焼結処理用加工片を装填し、型を閉じて、加圧しながら焼結を行う。この加圧焼結技術としては、例えば、ホットプレス焼結、熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）焼結、超高圧合成焼結、ガス加圧焼結、放電プラズマ（ＳＰＳ）焼結等、公知の技術のいずれを採用しても良い。特に、一軸方向に加圧可能であるホットプレス焼結を用いることが好ましい。
【０１１１】
なお、ホットプレス焼結で焼結を行う場合には、加圧圧力を、例えば０．０１ＭＰａ〜１００ＭＰａとし、数Ｐａ以下の真空雰囲気で９００℃〜１１００℃まで５〜３０℃／分の昇温速度で温度上昇させ、その後５分保持することが好ましい。次いで冷却し、再び３００℃〜１０００℃に昇温して２時間、その温度に保持する熱処理を行う。このような焼結処理の結果、焼結処理用加工片から、必要な形状の焼結体が製造される。このように、焼結処理用加工片を必要な方向に加圧した状態で焼結する一軸加圧焼結法によれば、焼結処理用加工片内の磁石材料粒子に与えられた磁化容易軸の配向が変化することを抑制することができる。
【０１１２】
この焼結体に対して、その中に含まれる磁石材料粒子の磁化容易軸すなわちＣ軸に沿って着磁が行われ、その結果、分割処理を行うための永久磁石、又は、永久磁石ユニットに含まれる永久磁石片を製造することができる。尚、焼結体の着磁には、例えば着磁コイル、着磁ヨーク、コンデンサー式着磁電源装置等の公知の手段のいずれを用いても良い。
【符号の説明】
【０１１３】
１、２、３、４、６、７  永久磁石ユニット
１’、２’、３’、６’、７’  永久磁石
１０ａ、１０ｂ  永久磁石片
１２  絶縁層
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  永久磁石片
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  絶縁層
３０ａ、３０ｂ  永久磁石片
３２  絶縁層
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ  永久磁石片
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ 絶縁層
６０ａ、６０ｂ  永久磁石片
６２ａ、６２ｂ  絶縁層
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ  永久磁石片
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ  絶縁層
Ａ  移動方向
５  ＩＰＭモータ
５２  ステータ
５２ａ  ティース
５３  磁界コイル
５４  ロータ
５４ａ  ロータコア
５４ｂ  シャフト
５４ｃ  磁石挿入用スロット
５５  エアギャップ
８  ＳＰＭモータ
８２  ステータ
８２ａ  ティース
８３  界磁コイル
８４  ロータ
８５  シャフト
８６  エアギャップ
１１５  粗粉砕磁石材料粒子
１１６  ビーズミル
１１７  コンパウンド
１１８  支持基材
１１９  グリーンシート
１２０  スロットダイ
【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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【国際調査報告】
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