(57)【要約】【課題】着磁に要する電力が従来よりも少ないロータを得ること。【解決手段】着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄを、水平方向の断面が略円形であって鉄等の磁性を有する材質で構成されたコンシクエントポール型ロータ４０の外周近くに、コンシクエントポール型ロータ４０の周方向で隣接する着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄをコンシクエントポール型ロータ４０を構成する鉄等の材質の部材で隔てるように固定する。コンシクエントポール型ロータ４０に固定された着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄの各々に対向して設けられた着磁コア５０Ｎ，５２Ｎ，５４Ｎ，５６Ｎの磁場によって、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄを、着磁率が９０％以上１００％未満であり、かつ保磁力が、着磁率１００％の飽和着磁磁石と同じであるように着磁する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
着磁率が９０％以上１００％未満であり、かつ保磁力が、着磁率１００％の飽和着磁磁石と同じである希土類焼結永久磁石がロータコアに配置された、ＩＰＭ型かつコンシクエントポール型として機能するインナ型ロータ。
【請求項２】
前記希土類焼結永久磁石は板状である請求項１記載のインナ型ロータ。
【請求項３】
回転軸を挟んで１８０°の位置に互いに配置され、各々が一方の磁極として機能する一対の希土類焼結永久磁石と、回転軸を挟んで１８０°の位置に互いに配置され、各々が他方の磁極として機能する一対の突極とが、周方向に交互に配置される請求項１記載のインナ型ロータ。
【請求項４】
前記一対の希土類焼結永久磁石、及び前記一対の突極が、周方向に複数対配置される請求項３記載のインナ型ロータ。
【請求項５】
希土類焼結永久磁石がロータコアに配置されたＩＰＭ型かつコンシクエントポール型として機能するインナ型ロータの製造方法であって、着磁前の希土類元素を含む磁性体を前記ロータコア内に設置した後、前記希土類元素を含む磁性体に対し、着磁率が９０％以上１００％未満で着磁を行い、保磁力が、着磁率１００％の飽和着磁磁石と同じである希土類焼結永久磁石を得るインナ型ロータの製造方法。
【請求項６】
前記着磁は、一方の磁極として機能する希土類焼結永久磁石の外周と対向する第１着磁コアと他方の磁極として機能する突極と対向する第２着磁コアにより行われ、前記第１着磁コアと前記第２着磁コアは互いに隣接し異なる磁性の磁場を発生させる請求項５記載のインナ型ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータのＩＰＭ型の特徴とコンシクエントポール型の特徴とを備えたインナ型ロータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータのＩＰＭ型又はコンシクエントポール型ロータには、ネオジム磁石等の磁束密度が高い希土類焼結永久磁石が用いられる。特許文献１には、ＩＰＭ型又はコンシクエントポール型のロータに永久磁石を取り付ける際、未着磁の永久磁石をロータに設置し、ロータ全体を着磁装置で後着磁する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０９９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＩＰＭ型ロータでは永久磁石の表面に鉄芯が配置され、コンシクエントポール型のロータでは永久磁石の両端に大きな鉄芯が配置されるため、着磁装置から発する磁束が周囲に漏れてしまい、特に磁束密度の高いネオジム磁石を得る場合には、ロータ形状の加工のみでは永久磁石の１００％着磁には程遠く、着磁のための膨大な電力と大電力を扱い得る大型の設備とを要し、着磁に要する電力及び設備の大型化がロータの製造コストを上昇させていたという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、着磁に要する電力が従来よりも少なく、製造設備の大型化を要しないＩＰＭ型の特徴とコンシクエントポール型の特徴とを備えたインナ型ロータ及びインナ型ロータの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の本発明に係るインナ型ロータは、着磁率が９０％以上１００％未満であり、かつ保磁力が、着磁率１００％の飽和着磁磁石と同じである希土類焼結永久磁石がロータコアに配置された、ＩＰＭ型かつコンシクエントポール型として機能することを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の本発明では、希土類元素を含む磁性体をロータコア内の先に設置し、その後に着磁する場合に、磁束がロータコアの鉄芯に漏れても、保磁力が着磁率１００％の飽和着磁磁石と同じである希土類焼結永久磁石を備えるインナ型ロータが得られる。
【０００８】
請求項２記載の本発明に係るインナ型ロータは、前記希土類焼結永久磁石は板状であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の本発明では、希土類焼結永久磁石を板状とすることにより、当該磁石の成型が容易となる。
【００１０】
請求項３記載の本発明では、前回転軸を挟んで１８０°の位置に互いに配置され、各々が一方の磁極として機能する一対の希土類焼結永久磁石と、回転軸を挟んで１８０°の位置に互いに配置され、各々が他方の磁極として機能する一対の突極とが、周方向に交互に配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の本発明では、各々が一方の磁極として機能する希土類焼結永久磁石の対を回転軸を挟んで１８０°の位置に互いに配置し、かつ各々が他方の磁極として機能する突極の対を回転軸を挟んで１８０°の位置に互いに配置することにより、希土類焼結永久磁石と突極とが周方向交互に配置されたインナ型ロータを得ることができる。
【００１２】
請求項４記載の本発明に係るインナ型ロータは、前記一対の希土類焼結永久磁石、及び前記一対の突極が、周方向に複数対配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の本発明では、一対の希土類焼結永久磁石、及び一対の突極を、周方向に複数対配置することにより、多極のインナ型ロータを得ることができる。
【００１４】
請求項５記載の本発明に係るインナ型ロータの製造方法は、希土類焼結永久磁石がロータコアに配置されたＩＰＭ型かつコンシクエントポール型として機能するインナ型ロータの製造方法であって、着磁前の希土類元素を含む磁性体を前記ロータコア内に設置した後、前記希土類元素を含む磁性体に対し、着磁率が９０％以上１００％未満で着磁を行い、保磁力が、着磁率１００％の飽和着磁磁石と同じである希土類焼結永久磁石を得ることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の本発明では、希土類元素を含む磁性体をロータコア内の先に設置し、その後に着磁する場合に、磁束がロータコアの鉄芯に漏れても、保磁力が着磁率１００％の飽和着磁磁石と同じである希土類焼結永久磁石を備えるインナ型ロータが得られる。また、当該ロータはモータのロータとして使用可能なので、モータの部品製造の省力化及びコスト低減を図ることができる。
【００１６】
請求項６記載の本発明に係るインナ型ロータの製造方法は、前記着磁は、一方の磁極として機能する希土類焼結永久磁石の外周と対向する第１着磁コアと他方の磁極として機能する突極と対向する第２着磁コアにより行われ、前記第１着磁コアと前記第２着磁コアは互いに隣接し異なる磁性の磁場を発生させることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明では、第１着磁コアと第２着磁コアが互いに隣接し異なる磁性の磁場を発生させることにより、希土類焼結永久磁石と突極とが周方向交互に配置されたインナ型ロータを着磁できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る希土類焼結永久磁石の着磁に使用するヨークの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるネオジム磁石の着磁率と保磁力との関係を示す表である。
【図３】図１に示したヨークを用いて着磁対象物を着磁する場合の磁束の拡散の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形に係る希土類焼結永久磁石を用いた他のモータの平面図である。
【図５】希土類焼結永久磁石の初磁化における着磁磁界の大きさと着磁率との対応関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態に係る希土類焼結永久磁石について説明する。図１は、本実施の形態に係る希土類焼結永久磁石の着磁に使用するヨーク３０の一例を示す概略図である。図１に示したヨーク３０は、シャフト４２で回転自在に保磁された水平方向の断面が略円形のコンシクエントポール型ロータ４０に、着磁されることによってネオジム磁石になるネオジム−鉄系合金又は焼結合金の着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄが嵌め込まれている。コンシクエントポール型ロータ４０の外周近くには、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄが着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄが隙間なく嵌め込まれるように穿たれた凹部４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄが設けられている。コンシクエントポール型ロータ４０は、凹部４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄに嵌め込まれた着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄが着磁されると、ＩＰＭ（Interior  Permanent Magnet：埋め込み型永久磁石）ロータとして機能し得る構造になっている。また、コンシクエントポール型ロータ４０の材質は、磁性を有する鉄、鉄系合金又は焼結合金等であり、その結果、コンシクエントポール型ロータ４０に嵌め込まれた着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄの各々の間には磁性体である鉄、鉄系合金又は焼結合金が介在している。
【００２０】
着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄは、水平方向の断面が図１に示したように板状（Ｉ字状）を呈している。以下、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄを構成する面のうち、コンシクエントポール型ロータ４０の中心から近い側を内側、該中心から遠い側を外側とする。
【００２１】
コンシクエントポール型ロータ４０の外周には電磁石である着磁コア５０Ｓ，５０Ｎ，５２Ｓ，５２Ｎ，５４Ｓ，５４Ｎ，５６Ｓ，５６Ｎが設けられている。着磁コア５０Ｓ，５０Ｎ，５２Ｓ，５２Ｎ，５４Ｓ，５４Ｎ，５６Ｓ，５６Ｎは、通電によりコンシクエントポール型ロータ４０に対向する側が、着磁コア５０Ｓ，５２Ｓ，５４Ｓ，５６ＳはＳ極、着磁コア５０Ｎ，５２Ｎ，５４Ｎ，５６ＮはＮ極の磁性を各々有する。すなわち、着磁コア５０Ｓ，５０Ｎ，５２Ｓ，５２Ｎ，５４Ｓ，５４Ｎ，５６Ｓ，５６Ｎは、Ｓ極になる着磁コアとＮ極になる着磁コアとが互いに隣接するように構成されている。
【００２２】
図１に示した場合は、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄの外側をＳ極、内側をＮ極に各々着磁する場合を示している。コンシクエントポール型ロータ４０は、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄの外側がＮ極になる着磁コアと対向する位置まで回転し、固定される。図１のようにコンシクエントポール型ロータ４０が固定された状態で、着磁コアにキャパシタから電力が供給され、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄが着磁される。
【００２３】
一例として、ネオジム磁石を完全に着磁するには１６００ｋＡ/ｍ以上の磁場が必要となる。かかる磁場を実現するために、一例として、電源であるキャパシタは２０００μＦ以上の容量が必要であり、着磁コア５０Ｓ，５０Ｎ，５２Ｓ，５２Ｎ，５４Ｓ，５４Ｎ，５６Ｓ，５６Ｎに印加する電圧は１５００Ｖ以上を要する。
【００２４】
本実施の形態に係る希土類焼結永久磁石の着磁におけるＢＨ曲線に基づき説明する。着磁コア５０Ｓ，５０Ｎ，５２Ｓ，５２Ｎ，５４Ｓ，５４Ｎ，５６Ｓ，５６Ｎには未だ電力が供給されていないので、外部磁場及び着磁の強度は「０」である。未着磁点では、着磁コア５０Ｓ，５０Ｎ，５２Ｓ，５２Ｎ，５４Ｓ，５４Ｎ，５６Ｓ，５６Ｎに電力が供給されると、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄは初磁化され、９５％着磁点では、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄを構成する磁性体の９５％が着磁される。本実施の形態では、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄを構成する着磁された割合を着磁率とする。
【００２５】
さらに着磁コア５０Ｓ，５０Ｎ，５２Ｓ，５２Ｎ，５４Ｓ，５４Ｎ，５６Ｓ，５６Ｎへ供給する電力を増大させて外部磁場の強度を高めると、飽和着磁点で１００％が着磁される（飽和着磁）。
【００２６】
飽和着磁点（１００％着磁点）に至るまでの外部磁界の強度は、９５％着磁点に至るまでの外部磁場の２〜３倍を要する。かかる強度の外部磁場を発生させるには、着磁コア５０Ｓ，５０Ｎ，５２Ｓ，５２Ｎ，５４Ｓ，５４Ｎ，５６Ｓ，５６Ｎに供給する電力が膨大なものとなり、設備も大型化する。しかしながら、飽和着磁点（１００％着磁点）における着磁の強度と、９５％着磁点における着磁の強度との差は、９５％着磁点における外部磁場の強度と飽和着磁点（１００％着磁点）における外部磁場の強度との差が上記のように膨大であることに比して、僅少である。
【００２７】
９５％着磁点又は飽和着磁点（１００％着磁点）まで外部磁場の強度を上げた後に、外部磁場を０にすると、着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄは、残留磁化点又は残留磁化点での各々の着磁の強度となる。残留磁化点における着磁の強度がいわゆる残留磁束密度である。ネオジム磁石等の希土類焼結永久磁石では、図２に示したように、９５％着磁点からその残留磁化点まで、及び飽和着磁点（１００％着磁点）からその残留磁化点までの各々の着磁の強度はほとんど減衰せず、９５％着磁点及び飽和着磁点（１００％着磁点）での着磁の強度が、残留磁束密度として維持される。
【００２８】
着磁した着磁対象物４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄに、着磁と極性が反対の外部磁場を作用させると、減磁開始点で各々減磁が始まる。９５％着磁点から減磁開始点に至るまでの着磁の強度は、飽和着磁点（１００％着磁点）から減磁開始点に至るまでの着磁の強度との差を維持したまま推移する。したがって、着磁率が９５％の磁石であっても、磁力の減衰の程度は、飽和着磁された磁石に比べて差異はない。また、着磁率が９５％の磁石及び飽和着磁された磁石は共に、残留磁束密度よりも低い磁束密度を示す減磁点から完全減磁点に至るまでのＢＨ曲線は一致している。なお、減磁点における磁束密度は、着磁率が９５％の磁石及び飽和着磁された磁石の双方の磁束密度が減磁によって一致する所定の磁束密度である。
【００２９】
図２は、本実施の形態におけるネオジム磁石の着磁率と保磁力との関係を示す表である。図２における保磁力は、飽和着磁した磁石の磁束密度に対する不飽和着磁した磁石の磁束密度の比を百分率で表したものである。
【００３０】
ここで、着磁率１００％の定義は、磁石単体を強磁場中（２０００ｋＡ／ｍ超）で着磁したものと比較し、総和磁束量，モータ誘起電圧等に、計測誤差以上（１％未満）の差を生じない状態である。
【００３１】
着磁率が１００％の飽和着磁の場合には、着磁後に保磁される磁力の割合である保磁力が１００％であるが、着磁率が９５％及び８９％の場合も保磁力は１００％となる。本実施の形態では、着磁率８９％が、保磁力が１００％となるか否かの限界値（閾値）であり、着磁率が８８％では保磁力が９５％、着磁率が８５％では保磁力が９０％になる。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態では、着磁率を１００％とする飽和着磁を行わなくても、着磁率を所定の閾値以上とすることで、磁石の保磁力を飽和着磁の場合と同様に略１００％とすることができる。その結果、飽和着磁に要する電力よりも少ない電力で、飽和着磁による磁石と同等の保磁力を有する磁石を製造でき、特に着磁に際に大電流が必要なネオジム磁石を安価に製造できる。
【００３３】
また、ステータの設計に合わせた着磁率１００％の永久磁石に対し、着磁率をＸ％とするとき、永久磁石は{１＋(１００−Ｘ)×０．０１}倍の質量に設定される。永久磁石を上記の式に従った着磁率に応じた質量とすることで、着磁率１００％の場合と同等の磁場の強度を有する永久磁石を製造できる。
【００３４】
また、ネオジム磁石を、図１に示したコンシクエントポール型ロータ４０を備えたヨークで着磁する場合、図３で示したように、着磁コア５０Ｎ，５２Ｎ，５４Ｎ，５６Ｎから生じた磁束が矢印Ａの方向に拡散してしまい、消費する電力に比して着磁の効率が悪化しやすい。しかしながら、図３に示した磁束の拡散による着磁の効率悪化は、大電流を必要とする飽和着磁では大きな問題となるが、着磁率を所定の閾値以上とした本実施の形態であれば、飽和着磁の場合に比して元来必要とされる消費電力が少ないので問題とはならない。その結果、上記のように着磁コアからの磁束が拡散しやすいコンシクエントポール型ロータ４０を備えたヨークであっても、消費電力を抑制しつつ保磁力が高いネオジム磁石を製造できる。
【００３５】
本実施の形態では、一般的なネオジム−鉄系合金又は焼結合金を用いてネオジム磁石を製造することを前提としたが、磁壁に重希土類元素であるジスプロスシウムを集中的に配置した粒界拡散合金法で製造されたネオジム−鉄系合金又は焼結合金を用いてもよい。かかる粒界拡散合金法で製造されたネオジム−鉄系合金又は焼結合金を着磁対象物として用いることにより、製造するネオジム磁石の保磁力をさらに向上させることが可能となる。
【００３６】
図４は、本実施の形に係る希土類焼結永久磁石を用いた他のモータＭの平面図である。図４に示すモータＭは、インナロータ型のブラシレスモータである。モータＭは外周部にステータ１０を有している。ステータ１０は、径方向内側に延びるティース１１Ａが周方向に１２個設けられたステータコア１１と、ティース１１Ａに順次巻装された３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の巻線１２とからなる１２スロットのものが用いられている。
【００３７】
又、モータＭにおいてステータ１０の内側に配置されるロータ２０は、図４に示すように、回転軸２１の外周面に外嵌された円環状のロータコア２２を有する。ロータコア２２の外周側には周方向に９０°の間隔で４つのマグネット収容孔２２Ａが形成され、マグネット収容孔２２ＡにはＮ極の希土類焼結永久磁石２３がそれぞれ（全部で４個）配置されている。
【００３８】
又、各希土類焼結永久磁石２３間には、ロータコア２２の外周部に設けられた突極２２Ｂがそれぞれ希土類焼結永久磁石２３との各境界部に軸方向から見て一定面積の空隙Ｋ（マグネット収容孔２２Ａの一部）を以て配置されている。空隙Ｋは、希土類焼結永久磁石２３の周方向の両側に対称（希土類焼結永久磁石２３の中心を通る径方向の線に対して線対称）な形状に形成されることで一定の面積とされる。また、空隙Ｋは、ロータコア２２の軸方向の全体に渡って（一定面積が維持されたまま）形成されている。なお、上記構成において希土類焼結永久磁石２３及び空隙Ｋは、ロータコア２２の外縁（外周）よりも内側に配置されている。
【００３９】
また、各希土類焼結永久磁石２３及び突極２２Ｂの周方向中心は等角度（４５°）間隔に交互に配置され、ロータ２０は、一方の磁極であるＮ極を構成する希土類焼結永久磁石２３に対して突極２２Ｂを他方の磁極であるＳ極として機能させる８磁極の所謂コンシクエントポール型にて構成されている。
【００４０】
希土類焼結永久磁石２３は、特にネオジム磁石の場合、飽和着磁には膨大な電力を消費する。しかしながら、本実施の形態による希土類焼結永久磁石であれば、飽和着磁の場合よりも着磁に要する電力が少ないので、複数の永久磁石２３を着磁するための電力のコストを大幅に引き下げることができる。また、設備の小型化が可能なので、設備投資を抑えられる。
【００４１】
なお、上述のように、コンシクエントポール型ロータ４０は、ヨーク３０により着磁された希土類焼結永久磁石が設置された場合に、ＩＰＭロータとして機能する。したがって、図１に示したヨーク３０により希土類焼結永久磁石が着磁された後のコンシクエントポール型ロータ４０を、一体の永久磁石として機能するロータコアを有するロータとしてモータに用いてもよい。かかる場合であれば、図１のヨーク３０での着磁後、ヨーク３０からコンシクエントポール型ロータ４０を取り外し、モータのロータ等として使用できるので、モータの部品製造の省力化及びコスト低減を図ることができる。
【００４２】
図５は、希土類焼結永久磁石の初磁化における着磁磁界の大きさと着磁率との対応関係の一例を示す図である。図５に示したように、希土類焼結永久磁石のＢＨ初磁化は、他の磁石と異なり、着磁磁界の大きさに対し、急激に進行する。一方、着磁率１００％（飽和着磁）付近に達すると、進行し難い。着磁率は、高ければ高い程、磁束も大きく、モータ出力、効率を高められる。しかし、これに応じて、製造上の条件、制約は、厳しくなる。
【００４３】
ロータ着磁の場合、着磁器の磁束流れは、ロータコアによって屈曲（磁石の配向方向とズレ）を生じるため、更に進行し難くなる。そこで、仮に着磁率９５〜９８％とすれば、必要な磁束を確保しつつ、耐減磁性を落とさず、容易な生産が可能となる。
【００４４】
また、上記を含めた、モータのステータ巻線を用いたＡｓｓｙ着磁の場合、巻線材の耐電圧，許容電流 等の制約で、着磁磁場を高められない。そこで、仮に着磁率９０〜９８％とすれば、相応な磁束を確保しつつ、耐減磁性を落とさず、容易な生産が可能となる。
【００４５】
尚、磁束に余裕有る使い方（着磁率９０〜９５％）の場合、着磁に必要な条件，制約は、大幅に緩和されるため、磁石単体着磁、ロータ着磁、Ａｓｓｙ着磁等、ものづくりに優しく、安価なモータを提供することが出来る。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・ステータ、１１・・・ステータコア、１１Ａ・・・ティース、１２・・・巻線、２０・・・ロータ、２１・・・回転軸、２２・・・ロータコア、２２Ａ・・・マグネット収容孔、２２Ｂ・・・突極、２３・・・希土類焼結永久磁石、３０・・・ヨーク、４０・・・コンシクエントポール型ロータ、４２・・・シャフト、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ・・・着磁対象物、４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ・・・凹部、５０Ｓ，５０Ｎ，５２Ｓ，５２Ｎ，５４Ｓ，５４Ｎ，５６Ｓ，５６Ｎ・・・着磁コア、Ａ・・・矢印、Ｋ・・・空隙、Ｍ・・・モータ
【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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