(57)【要約】【課題】永久磁石にかかる応力に局所的な差異が生じることを防止でき、これによって永久磁石の劣化を低減できる永久磁石回転子、永久磁石回転子製造用の金型、および永久磁石回転子の製造方法を提供することである。【解決手段】永久磁石回転子３は、シャフト４と、永久磁石５とを含む。シャフト４は、軸線周りに回転可能に設けられる。永久磁石５は、シャフト４の半径方向外方にシャフト４と一体に設けられ、磁粉が混合された樹脂によって形成され、軸線に垂直な平面内における外径において、最大値と最小値との差異が１５０μｍ以内である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線周りに回転可能に設けられるシャフトと、
前記シャフトの半径方向外方に前記シャフトと一体に設けられる永久磁石とを含む永久磁石回転子であって、
前記永久磁石は、磁粉が混合された樹脂によって形成され、
前記軸線に垂直な平面内における外径において、最大値と最小値との差異が１５０μｍ以内である永久磁石回転子。
【請求項２】
前記永久磁石よりも半径方向外方に配置される補強部材と、
前記永久磁石の外周面と前記補強部材とを互いに接着する接着層とを含む請求項１に記載の永久磁石回転子。
【請求項３】
前記シャフトの外周面部は、前記永久磁石が当接する部分にローレット目が形成されている請求項１または請求項２に記載の永久磁石回転子。
【請求項４】
シャフトを軸線に沿って固定する固定部と、
前記固定部に固定された前記シャフトの半径方向外方に、周方向に複数の磁極が並ぶ磁場を形成する磁場形成部と、
前記固定部に固定された前記シャフトを前記半径方向外方から全周にわたって覆い、前記シャフトの外周面部から離れて配置されるリングとを含み、前記シャフトおよび前記リング間に形成された内部空間に永久磁石の前駆体を注入して前記永久磁石を製造する永久磁石回転子製造用の金型であって、
前記リングの内周面は、前記軸線に垂直な平面内において、前記軸線から前記磁極が形成される磁極位置までの距離のほうが前記軸線から磁極間位置までの距離よりも小さく、形成される永久磁石回転子製造用の金型。
【請求項５】
前記リングの内周面は、前記軸線に垂直な平面内において、前記軸線から前記リングの内周面までの距離の周方向における変化を正弦波の形状として、形成される請求項４に記載の永久磁石回転子製造用の金型。
【請求項６】
前記リングの内周面は、前記軸線に垂直な平面内において、前記軸線から前記リングの内周面までの距離の周方向における変化を１つの主たる正弦関数と前記主たる正弦関数の奇数倍の周波数を有する短周期正弦関数とが重畳された形状として、形成される請求項４に記載の永久磁石回転子製造用の金型。
【請求項７】
前記リングの内周面は、前記軸線に垂直な平面内において、前記軸線からの距離の最大値と最小値との差異を５０μｍ以上として、形成される請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石回転子製造用の金型。
【請求項８】
前記リングの内周面は、前記軸線に垂直な平面内において、前記軸線から前記リングの内周面までの距離を磁場強度が大きい位置ほど短い形状として、形成される請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の永久磁石回転子製造用の金型。
【請求項９】
前記内部空間と前記シャフトの軸線方向一方の外部空間とを連通し、前記外部空間からの前記永久磁石の前記前駆体の注入を許容するゲート貫通孔が形成され、前記リングよりも前記軸線方向一方から前記リングと共に前記内部空間を規定するゲート側規定部と、
前記内部空間と前記シャフトの軸線方向他方の外部空間とを連通するイジェクタ貫通孔が形成され、前記リングよりも前記軸線方向他方から前記リングと共に前記内部空間を規定するイジェクタ側規定部とを含み、
前記リングの内周面は、前記軸線に垂直な平面内における前記軸線から前記リングの内周面までの距離を、前記軸線方向一方の位置のほうが前記軸線方向他方の位置よりも小さく、形成される請求項４から請求項８のいずれか１項に記載の永久磁石回転子製造用の金型。
【請求項１０】
前記軸線から前記リングの内周面までの距離は、前記軸線方向一方の位置から前記軸線方向他方の位置までなだらかに変化し、５０μｍ以上の差異を有する請求項９に記載の永久磁石回転子製造用の金型。
【請求項１１】
前記イジェクタ側規定部は、前記内部空間を開放するときに前記リングと分離可能に形成される請求項９または請求項１０に記載の永久磁石回転子製造用の金型。
【請求項１２】
前記磁場形成部は、前記軸線方向において、前記内部空間の全ての範囲を覆う磁場を形成する請求項４から請求項１１のいずれか１項に記載の永久磁石回転子製造用の金型。
【請求項１３】
請求項４から請求項１２のいずれか１項に記載の永久磁石回転子製造用の金型を用い、
前記磁場形成部によって磁場を形成する磁場形成工程と、
前記固定部によって前記シャフトを固定する固定工程と、
前記磁場形成工程で磁場が形成された状態において、前記固定工程で固定された前記シャフトおよび前記リング間の前記内部空間に、前記永久磁石の前記前駆体を注入する注入工程と、
前記注入工程で注入された前記前駆体を冷却する冷却工程とを含む永久磁石回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に用いられ永久磁石を含んで構成される永久磁石回転子、永久磁石を射出成形によって形成するための永久磁石回転子製造用の金型、および射出成形を経て永久磁石回転子を製造する永久磁石回転子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、ポリアミド系合成樹脂、ビニル系構成樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系合成樹脂などの合成樹脂と、ストロンチウム系、バリウム系、希土類系などの磁粉とを用いて形成される合成樹脂磁石が知られている（たとえば特許文献１参照）。また射出成形によって作製され、シャフトと主磁極部とを備え、シャフトを保持する保持部と、この保持部と前記主磁極部とを連結する連結部とを含んで構成され、射出成形時のゲート位置を連結部に設けて作製されるマグネットロータが知られている（たとえば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２４４７５３号公報
【特許文献２】特開２００４−７８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば特許文献２に開示される従来技術では、射出成形時に発生するガスを金型の外部に排除することを容易にし、成形保圧によって磁石粉体微粒子の配向が乱れることを抑える。しかし磁場の中で射出成形することで作製された永久磁石では、高速回転時に、磁極近傍の位置と磁極間の位置とで永久磁石にかかる応力に差異が生じるので、永久磁石の劣化につながるという問題点がある。特許文献２に記載の技術におけるこのような問題点は、特許文献１に開示される技術のように、抜け勾配を設定せずに永久磁石回転子を製造する技術においても存する問題点である。また、たとえば特許文献１には、等方性の材料を配向磁場を設けずに射出成形する技術についても記載されているが、この場合、得られる永久磁石回転子の磁力が極配向させた場合よりも著しく落ちるので、射出成形する材料に含まれる磁粉の量を増やすか、回転子のサイズそのものを大きくしなければならず、遠心力に対する強度不足となるという問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は、永久磁石にかかる応力に局所的な差異が生じることを防止でき、これによって永久磁石の劣化を低減できる永久磁石回転子、永久磁石回転子製造用の金型、および永久磁石回転子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る永久磁石回転子は、軸線周りに回転可能に設けられるシャフトと、前記シャフトの半径方向外方に前記シャフトと一体に設けられる永久磁石であって、磁粉が混合された樹脂によって形成され、前記軸線に垂直な平面内における外径において、最大値と最小値との差異が１５０μｍ以内である永久磁石とを含む。
【０００７】
また本発明に係る永久磁石回転子製造用の金型は、シャフトを軸線に沿って固定する固定部と、前記固定部に固定された前記シャフトの半径方向外方に、周方向に複数の磁極が並ぶ磁場を形成する磁場形成部と、前記固定部に固定された前記シャフトを前記半径方向外方から全周にわたって覆い、前記シャフトの外周面部から離れて配置されるリングであって、前記軸線から前記磁極に近接する磁極位置までの距離が、前記軸線から磁極間位置までの距離よりも小さく設定されるリングとを含む。
【０００８】
また本発明に係る永久磁石回転子の製造方法は、前記磁場形成部によって磁場を形成する磁場形成工程と、前記固定部によって前記シャフトを固定する固定工程と、前記磁場形成工程で磁場が形成された状態において、前記固定工程で固定された前記シャフトおよび前記リング間の内部空間に、磁粉を含む永久磁石の前駆体を前記シャフトに接触させて注入する注入工程と、前記注入工程で注入された前記永久磁石の前記前駆体を冷却する冷却工程とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る永久磁石回転子、永久磁石回転子製造用の金型および永久磁石回転子の製造方法によれば、永久磁石にかかる応力に差異が生じることを防ぐことができ、永久磁石の劣化を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子を用いた回転電機の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子のシャフトおよび永久磁石の側面図および断面図である。
【図３】発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子のシャフト、永久磁石および補強部材の構成を示す図である。
【図４】本発明の比較例となる永久磁石回転子の、軸線に垂直な平面内での断面形状を表す図である。
【図５】本発明の比較例となる永久磁石回転子の外周面半径を、周方向の角度に対して表した図である。
【図６】本発明の比較例となる永久磁石回転子が回転したときに永久磁石に発生する応力を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子製造用の金型を、軸線に平行な平面で切断して見た断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る磁場形成部の平面図である。
【図９】本発明の実施の形態１におけるリングを軸線に垂直な平面で切断して見た断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１におけるリングの内周面半径を、周方向の角度に対して表した図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子の製造方法を表すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２におけるリングを、軸線を含む平面で切断したときの断面図である。
【図１３】本発明の比較例となる永久磁石回転子の各部位における外径の違いを表した図である。
【図１４】本発明の実施の形態３において、周方向における磁場強度と、リングの内周面半径を周方向の角度に対して表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略す場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。
【００１２】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１による永久磁石回転子３を図に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子３を用いた回転電機１の断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子３のシャフト４および永久磁石５の側面図および断面図である。図２（ａ）は、シャフトの側面図であり、図２（ｂ）は、シャフトおよび永久磁石の側面図であり、図２（ｃ）は、シャフトおよび永久磁石の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子３のシャフト４、永久磁石５および補強部材２２の構成を示す図である。図３（ａ）は断面図である。図３（ｂ）は平面図である。
【００１３】
図１、図２および図３に示すように、回転電機１は、固定子２と永久磁石回転子３とを含む。永久磁石回転子３は、回転電機の回転子であり、極異方性を示す永久磁石５を含む。永久磁石回転子３の回転軸線を以下、「軸線Ｐ」と称す。軸線Ｐに平行な方向を「軸線方向Ｚ」と称す。固定子２は、永久磁石回転子３よりも半径方向外方に配置される。永久磁石回転子３は、固定子２と予め定める間隙を隔てて半径方向内方に配置される。永久磁石回転子３は、シャフト４と永久磁石５とを含む。シャフト４は、軸線Ｐ周りに回転可能に設けられる。固定子２は、軸線方向Ｚに離れて配置される２つの軸受６と、スペーサ１１と、フレーム１２と、複数の磁極ティース１３とを含む。軸受６は、シャフト４を回転可能に保持する。スペーサ１１は２つの軸受６を軸線方向Ｚに互いに離れる向きに付勢することによって、２つの軸受６の間の距離を規定する。実施の形態１においてスペーサ１１は、ばねによって実現される。
【００１４】
フレーム１２は、２つの軸受６、スペーサ１１および複数の磁極ティース１３を包囲して固定子２の外殻を成す。永久磁石回転子３のうち、シャフト４の一端部１７はフレーム１２よりも外方に露出し、たとえば羽根などの負荷が取り付けられる。軸線方向Ｚのうち、負荷が取り付けられるシャフト４の一端部１７から、フレーム１２内に向かう向きを、以下「軸線方向一方Ｚ１」と称し、軸線方向一方Ｚ１と反対の向きを「軸線方向他方Ｚ２」と称す。図１には図示していないけれども、永久磁石回転子３および複数の磁極ティース１３を軸線方向一方Ｚ１側から覆うカバーを設けてもよい。また永久磁石回転子３および複数の磁極ティース１３の軸線方向一方Ｚ１には、固定子２への電源供給路の一部を成す端子に接続されるインバータ回路を設置してもよい。
【００１５】
複数の磁極ティース１３は、軸線Ｐ周りの周方向Ｘに並んで設けられる。各磁極ティース１３は、固定子鉄心１４、インシュレータ１５および固定子巻線１６を備える。固定子鉄心１４は、積層された複数枚の電磁鋼板にて形成される。インシュレータ１５は、固定子鉄心１４の軸線方向Ｚ両端に配置される。固定子巻線１６は、インシュレータ１５を介して、導電線を巻回して形成される。インシュレータ１５は、固定子鉄心１４と固定子巻線１６との間を絶縁する。固定子鉄心１４、インシュレータ１５および固定子巻線１６にて、共に電磁石を構成する。周方向Ｘに並ぶ磁極ティース１３の数は、単相の回転電機であれば永久磁石回転子３の極数と同数または整数倍に設定される。多相の回転電機であれば、相数に比例する数に設定される。
【００１６】
実施の形態１において回転電機１は、交流電源によって駆動される交流回転電機である。たとえばインバータ回路などを経由して固定子２に交流電力が供給されると、これによって各磁極ティース１３に起磁力が発生し、各磁極ティース１３と永久磁石回転子３との間に磁気的な引力および斥力が発生する。発生した引力および斥力は永久磁石回転子３にトルクを発生させ、トルクはシャフト４を介して負荷に伝えられる。回転電機１に印加される交流電圧は、所望の回転数と極数とを乗算した周波数に設定される。電圧波形は正弦波であっても高調波を含んだ矩形波であってもよい。
【００１７】
図２に示すように、シャフト４には、軸線方向一方Ｚ１の端部と軸線方向他方Ｚ２の端部との中間の予め定める位置において、外周面部にローレット目２１が形成される。ローレット目２１は、シャフト４の外周面部のうち、永久磁石５と当接する当接面部全体に形成される。永久磁石５はシャフト４を周方向Ｘ全体にわたって覆うので、ローレット目はシャフト４の周方向Ｘ全体に形成されている。図２には綾目状のローレット目２１を図示しているけれども、綾目状であっても平目状であってもよい。永久磁石５は、ローレット目２１が形成された当接面部の半径方向外方の周囲において、シャフト４に密着し、ローレット目２１にくい込んで形成される。これによって永久磁石５は、シャフト４の半径方向外方にシャフト４と一体に設けられる。したがって永久磁石５とシャフト４とは、互いにずれることのない構造に形成される。
【００１８】
永久磁石５において、Ｎ極またはＳ極の磁極を示す位置を「磁極位置２６」と称し、周方向Ｘにおいて互いに隣接する磁極位置２６間の位置を「磁極間位置３１」と称す。永久磁石回転子の製造方法について、詳しくは後述する。
【００１９】
永久磁石５の外周面の外径は１ｍｍ以上１００ｍｍ以下とし、本実施の形態では数ｍｍ〜数十ｍｍである。永久磁石５は、軸線Ｐに垂直な平面内における外径において、最大値と最小値との差異が１５０μｍ以内である。これによって永久磁石５の外周面が成す筒の断面は、真円に近い形状に形成される。永久磁石５の外周面が理想的な円筒形に形成されることによって、永久磁石回転子３が回転した時に応力が偏ることを抑制でき、これによって永久磁石回転子３の劣化を防ぐことができる。こうした効果は、永久磁石５の外径において、最大値と最小値との差異が１５０μｍ以内となることによって顕著となる。さらに最大値と最小値との差異が１００μｍ以内であれば、なお顕著となる。永久磁石５の外径は、最大値と最小値との差異が小さければ小さいほど、応力の偏りおよび劣化を防止しやすく、最大値と最小値との差異は２０μｍにまで低減することが可能である。このように軸線Ｐに垂直な断面形状が極めて真円に近い形状となる永久磁石５、およびこれを含む永久磁石回転子３は、後述する金型２５を用い、後述する永久磁石の製造方法を用いることによって、実現可能である。
【００２０】
永久磁石５を成す材料は、磁粉および樹脂である。磁粉は、たとえばネオジム鉄ボロンでもよいし、サマリウム鉄やフェライトでもよい。これらの材料は、回転電機１の永久磁石回転子３として求められる磁力に応じて決めればよい。樹脂材料は、たとえばナイロン（ナイロン６、ナイロン６，６など）でもよいし、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド、Ｐｏｌｙ  Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｓｕｌｆｉｄｅ）などでもよい。永久磁石５の前駆体である、溶融状態の樹脂と磁粉との混合物を「コンパウンド材料」と称す。コンパウンド材料内に含まれる磁石粉末の比率は、体積比率で５０％〜６５％が望ましい。磁石粉末、樹脂の種類、それらの混合比率等は、回転電機１の永久磁石回転子３として求められる耐熱性や強度など応じて決めればよい。
【００２１】
永久磁石回転子３は、補強部材２２と接着層２３とをさらに含む。永久磁石５および補強部材２２間に介在する接着層２３は、図３（ａ）および図３（ｂ）においてのみ、その配置を明確にするために示す。補強部材２２は、永久磁石５よりも半径方向外方に配置され、永久磁石５の半径方向外方の外周面を全周にわたって覆い、永久磁石５を補強する円筒形の部材である。接着層２３は、永久磁石５の外周面と補強部材２２とを互いに接着する。本実施の形態では、接着層２３は、永久磁石５の外周面と補強部材２２とを全周にわたって互いに接着する。補強部材２２は、接着層２３によって永久磁石５に接着されることによって、永久磁石５に割れが生じても永久磁石５の一部が回転中に飛散することを防止し、永久磁石５がシャフト４から脱落することを防止する。補強部材２２と永久磁石５の外周面とは確実に接着されることが望ましく、そのためには、その接着に用いられる接着層２３は、周方向Ｘおよび軸線方向Ｚに均一な厚さに設けられることが望ましい。これによって接着層２３が示す接着強度も周方向Ｘおよび軸線方向Ｚに均一となり、永久磁石回転子３の回転時に応力が偏ることを防止でき、振動、騒音および劣化を抑制することができる。
【００２２】
補強部材２２は、ＳＵＳ（Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ）、アルミニウムなどの金属材料であってもよいけれども、たとえばＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）など、樹脂に繊維を加えて強化した材料によって形成することで、渦電流等の電磁作用による損失を抑制することができる。高速回転で使用する回転電機１において補強部材２２は、金属材料よりもＣＦＲＰまたはＧＦＲＰによって形成するほうが望ましい。
【００２３】
永久磁石回転子３は２つの保持部材２４をさらに含み、保持部材２４は永久磁石５よりも軸線方向Ｚ両側に、永久磁石５に直接または接着層２３を介して隣接して設けられる。保持部材２４は、接着または嵌合によってシャフト４の外周に取り付けられ、永久磁石５は保持部材２４によって軸線方向Ｚへの移動が阻止される。保持部材２４の外周面の少なくとも一部は、補強部材２２によって覆われ、補強部材２２に接触している。これによって永久磁石５のうち保持部材２４に接触する軸線方向Ｚ両端部は確実に補強部材２２によって包囲される。保持部材２４は、円環状に形成されるけれども、一部を削ることによって永久磁石回転子３のバランスをとる機能が付加される場合がある。また保持部材２４は、永久磁石５を着磁するときに磁極位置２６を明確化するために突起部が形成されることもある。
【００２４】
図４は、本発明の比較例となる永久磁石回転子の、軸線Ｐに垂直な平面内での断面形状Ｅ１を表す図である。図５は、本発明の比較例となる永久磁石回転子の外周面半径Ｅ２を、周方向の角度に対して表した図である。図６は、本発明の比較例となる永久磁石回転子が回転したときに永久磁石に発生する応力Ｅ３を示す図である。比較例となる永久磁石回転子は、内周面が円形を成すリングを含む金型を用いて射出成形によって作製されたものである。図４、図５および図６では、極数が４である場合を示す。図４において、複数の磁極位置のうち紙面右上の磁極位置をゼロ度とし、反時計回りの角度において、周方向の位置を示す。磁極位置は、射出成形するときに形成される磁場において、最も磁極に近接する位置である。したがって図４において、ゼロ度、９０度、１８０度、２７０度および３６０度（ゼロ度と同じ）の位置が磁極位置である。図５には、図４に示した周方向の位置に対応させて、永久磁石回転子の外周面半径Ｅ２を示す。したがって図５においても、ゼロ度、９０度、１８０度、２７０度および３６０度（ゼロ度と同じ）の位置が磁極位置である。図６において示す応力Ｅ３についても、周方向の位置を図４および図５と同様に示す。
【００２５】
図４には、本発明の比較例となる永久磁石回転子の平均半径の円Ｅ４を一点鎖線で示しており、比較例となる永久磁石回転子の外周面の断面形状Ｅ１を太い実線で示している。図４では、接着層の厚みの平均値Ｄおよび比較例となる永久磁石回転子の外周面の凹凸を１０倍の規模に拡大して表示している。図４に示すように、本発明の比較例となる永久磁石回転子では、外周面を成す部分の磁極間位置、すなわち、４５度、１３５度、２２５度および３１５度の位置において平均半径の円Ｅ４よりも凹んだ部分が形成される。また図４には、理想的な真円Ｅ５を細い実線で表しており、比較例となる永久磁石回転子の外周面の半径方向外方に位置する補強部材の内周面Ｅ６を、破線で表している。比較例となる永久磁石回転子の外周面と補強部材の内周面との間には、接着層が位置する。接着層の厚みの平均値Ｄは、補強部材の内周面の半径から比較例となる永久磁石回転子の外周面の平均半径を減算した値となる。
【００２６】
図５に示すように、比較例となる永久磁石回転子の周方向の角度に対する半径は、磁極位置において極大値をとり、磁極間位置において極小値をとる正弦波の形状となる。図４および図５に示すように、内周面を可及的に真円に近づけて形成した金型を用いて永久磁石を製造すると、磁極位置では磁粉の向きが揃い、磁場を形成する部品に向かって磁粉を半径方向外方に引き寄せる吸引力が働き、これによって永久磁石５の前駆体が固化するときに収縮しても尚、永久磁石５を成す磁極位置の材料は、半径方向外方に留まろうとする。これに対し磁極間位置では、磁粉の配向は磁極位置に比べて揃っておらず、半径方向外方に向かう吸引力は磁極位置に比べて小さくなる。したがって磁極間位置における収縮は、磁極位置における収縮よりも大きなものとなる。
【００２７】
その結果、永久磁石回転子の成形後に取り付けられる補強部材と永久磁石の外周面との距離が周方向の位置によって異なるため、永久磁石と補強部材との間に介在する接着層の厚さにもムラが生じ、接着層による接着が不充分となる可能性がある。接着層による接着が不充分となってしまうと、補強部材による補強の効果も低くなる。
【００２８】
図６では、本発明の比較例となる永久磁石回転子を１０４７２ｒａｄ／ｓの回転速度で回転させたときに、永久磁石にかかる応力の大きさを表している。この回転速度は毎分２０万回転である。図６に示す円Ｅ７に対して、応力Ｅ３を示す実線が半径方向外方に突出している部分は応力が大きいことを表し、応力Ｅ３が半径方向内方に示されている部分では、応力Ｅ３が小さいことを表している。
【００２９】
遠心力によって発生するこの応力Ｅ３は、磁極間位置（４５度、１３５度、２２５度および３１５度の位置）において大きく、磁極位置（ゼロ度および３６０度、９０度、１８０度、および２７０度の位置）において小さい。このように高速回転で用いられる回転電機１では、本発明の比較例となる永久磁石回転子では発生する応力が部位によって異なり、これによって強度が不足したり劣化が早まったりする可能性がある。また図４に示すように外周面に凹凸が形成されることによって、半径方向外方に突出した磁極位置では補強部材との接着が不充分となる可能性がある。その結果、永久磁石から補強部材が剥がれたり、補強部材による補強が不充分となったりする可能性がある。このように射出成形によって製造された、比較例となる永久磁石回転子では、必然的に真円とならないことによって強度不足や劣化が生じ、回転時のガタつきおよびガタつきによる音の発生という問題も生じる可能性がある。
【００３０】
このように形成された実施の形態１にかかる永久磁石回転子３によれば、永久磁石５の外径において、最大値と最小値との差異が１５０μｍ以内であるので、永久磁石回転子３が回転したときに遠心力によって永久磁石５にかかる応力分布を、周方向Ｘに均一にすることができる。したがって永久磁石回転子３を使用することによって、永久磁石５の外周面部に局所的に負荷がかかることをさけることができる。これによって、使用に対し高い耐久性を示す永久磁石回転子３を実現することができる。また回転によるガタつきおよびガタつきによる音の発生を防止できる。
【００３１】
また実施の形態１にかかる永久磁石回転子３によれば、補強部材２２をさらに含むので、永久磁石５の機械的強度を補強することができ、高速回転に耐え得る永久磁石回転子３を実現できる。また永久磁石回転子３が回転したときに遠心力によって永久磁石５にかかる応力分布を、周方向Ｘに均一にできるので、永久磁石５の外周面部が局所的に変形することを防止できる。したがって補強部材２２と永久磁石５とが局所的に剥がれることを防止することができ、高速回転に耐え得る永久磁石回転子３を実現できる。
【００３２】
また実施の形態１にかかる永久磁石回転子３によれば、シャフト４の外周面部にはローレット目２１が形成され、永久磁石５はシャフト４と一体に設けられるので、永久磁石回転子３が回転してもシャフト４と永久磁石５とが互いに滑ることを防止できる。永久磁石回転子３の回転に伴ってシャフト４に負荷がかかるときにも、また永久磁石５に回転加速度がかかるときにも、信頼度の高い永久磁石回転子３を実現することができる。
【００３３】
次に、このような永久磁石回転子３を製造するために用いる、永久磁石回転子製造用の金型２５について説明する。図７は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子製造用の金型２５を、軸線Ｐに平行な平面で切断して見た断面図である。以下、永久磁石回転子製造用の金型２５を単に「金型２５」と称することがある。図７には、金型２５のうち、永久磁石５の製造に直接的に関与する部品を中心に図示しており、たとえば温度調節用のパイプを通すパイプ孔などは図示していない。
【００３４】
金型２５は、ゲート側入れ子３３と、イジェクタ側入れ子３４と、磁場形成部４３と、リング４４とを含む。イジェクタ側入れ子３４には固定部４２が形成される。固定部４２は、形状および大きさが予め定められるシャフト４を、予め定める軸線Ｐに沿って固定する。イジェクタ側入れ子３４には、シャフト４を挿入する穴が形成され、挿入されたシャフト４の軸線方向Ｚの位置は、穴の底部によって決定する。リング４４は、固定部４２に固定されたシャフト４を、半径方向外方から全周にわたって覆う。リング４４はほぼ円筒状に形成され、リング４４の内周面はシャフト４の外周面部から半径方向外方に離れて配置される。シャフト４の外周面部とリング４４の内周面との間には、永久磁石５の前駆体が配置される内部空間３５が形成される。
【００３５】
ゲート側入れ子３３、イジェクタ側入れ子３４およびリング４４は、比透磁率が１〜１．２程度の非磁性体、たとえば超硬合金か、またはステンレススチールのＳＵＳ３０３などによって形成される。ゲート側入れ子３３、イジェクタ側入れ子３４およびリング４４は非磁性体によって形成されるので、これらの部材によって磁路が歪むことはない。
【００３６】
金型２５は、ゲート側入れ子３３とイジェクタ側入れ子３４とに分割可能に設けられ、ゲート側入れ子３３とイジェクタ側入れ子３４との間にパーティングライン５１が設定される。ゲート側入れ子３３とイジェクタ側入れ子３４とは、少なくともいずれか一方が変位可能に設けられ、金型２５はゲート側入れ子３３およびイジェクタ側入れ子３４が互いに離れることによって開放される。本実施の形態では、イジェクタ側入れ子３４を変位可能とした。
【００３７】
ゲート側入れ子３３にはゲート側規定部５２が形成され、イジェクタ側入れ子３４にはイジェクタ側規定部５３が形成される。ゲート側規定部５２およびイジェクタ側規定部５３は、金型２５内の内部空間３５をリング４４と共に規定する。ゲート側規定部５２にはゲート貫通孔３６が形成され、イジェクタ側規定部５３にはイジェクタ貫通孔４１が形成される。ゲート側規定部５２は、リング４４よりも軸線方向一方Ｚ１からリング４４と共に内部空間３５を規定する。ゲート貫通孔３６は、内部空間３５を軸線方向一方Ｚ１の外部空間に連通し、外部空間からの永久磁石５の前駆体の注入を許容する。ゲート側貫通孔は１つでもよいけれども、ゲート側規定部５２に複数のゲート側貫通孔を形成してもよい。本実施の形態では、ゲート側貫通孔の位置７は、図３（ｂ）にも示すように、それぞれの磁極間位置３１に１つずつとし、ゲート側規定部５２には極数と同数のゲート側貫通孔が形成される。
【００３８】
イジェクタ側規定部５３は、リング４４よりも軸線方向他方Ｚ２からリング４４と共に内部空間３５を規定する。イジェクタ貫通孔４１は、内部空間３５を軸線方向他方Ｚ２の外部空間に連通し内部空間３５からの気体の流出を許容する。
【００３９】
次に、図７にて示した金型２５に用いられる磁場形成部４３について、図８に基づいて説明する。図８は、本発明の実施の形態１に係る磁場形成部４３の平面図である。磁場形成部４３は、固定部４２に固定されたシャフト４の半径方向外方に、周方向Ｘに複数の磁極が並ぶ磁場を形成する。図７および図８に示すように、磁場形成部４３は、リング４４よりも半径方向外方に配置され、シャフト４およびリング４４間の内部空間３５全体に磁場を形成する。磁場形成部４３が形成する磁場は、軸線方向Ｚにおいて、全ての内部空間３５の範囲を覆う。
【００４０】
磁場形成部４３は、複数の配向磁石４５と複数の配向ヨーク４６とを有する。配向ヨーク４６は、極数と同数、周方向Ｘに並んで環状を成す。配向ヨーク４６はリング４４に当接して配置される。配向磁石４５は、周方向Ｘに隣接する配向ヨーク４６の間の位置に、極数と同数、配置される。本実施の形態では、図８に示すように、１つの配向ヨーク４６に隣接する配向磁石４５は、その１つの配向ヨーク４６に対して同じ極性を向けて配置される。これによって、リング４４の存在する位置においては、配向ヨーク４６が配置される周方向Ｘの位置に磁極が形成される。図８の紙面上では、左上および右下のリング４４の存在する位置においてＮ極の磁極が形成され、右上および右下のリング４４の存在する位置においてＳ極が形成される。また図８には、リング４４および内部空間３５内で形成される磁場の磁力線４８も併せて示す。
【００４１】
配向磁石４５は、たとえばアルミニウム、ニッケル、コバルトなどを原料として鋳造されたアルニコ磁石か、またはサマリウムコバルト磁石など、高温で減磁しない材料によって形成される。配向ヨーク４６は、比透磁率が１００以上の磁性体、たとえば含有炭素割合が０．４５％のＳ４５Ｃか、または冷間圧延鋼であるＳＰＣＣなどの、低炭素鋼によって形成される。配向磁石４５をこのような材質とすることによって、注入される樹脂の高温高圧にも耐えつつ、永久磁石回転子３を製造するのに充分な磁場を形成することができる。金型２５のうち、ゲート側入れ子３３、イジェクタ側入れ子３４、リング４４および配向磁石４５を除いた他の部分については、内部空間３５の磁路が歪むことがない限り、磁性体および非磁性体のいずれであってもよい。
【００４２】
次に、図７で示した金型２５に用いられるリング４４について、図９および図１０に基づいて説明する。図９は、本発明の実施の形態１におけるリング４４を軸線Ｐに垂直な平面で切断して見た断面図である。図９では、リング４４の内周面近傍に理想的な真円３２を点線で表している。リング４４は、軸線Ｐと磁極に近接する磁極位置２６との距離が、軸線Ｐと磁極間位置３１との距離よりも小さく設定され、シャフト４の外周面から半径方向外方に離れて配置される。リング４４の内周面はほぼ円筒形状であるので、軸線Ｐからリング４４の内周面の各位置までの距離を、「内周面半径Ｒ」と称す。
【００４３】
図１０は、本発明の実施の形態１におけるリング４４の内周面半径Ｒを、周方向Ｘの角度に対して表した図である。軸線Ｐに垂直な平面内における軸線Ｐからリング４４の内周面までの距離の周方向Ｘにおける変化は、正弦波の形状を成す。これは、任意の半径方向を基準とした周方向Ｘの角度を横軸にとり、各角度の方向におけるリング４４の内周面半径Ｒを縦軸にとると、その関係は正弦波の形状を成すことを意味している。本実施の形態においては、横軸にとった角度が０度から３６０度まで変化するとき、リング４４の内周面半径Ｒの変化は、回転電機１に設定される極数と同じ数の波形として設定される。
【００４４】
図１０では、１つの磁極位置２６をゼロ度とし、極数が４であるので、９０度、１８０度、２７０度および３６０度（ゼロ度と同じ）の位置が磁極位置２６である。周方向に隣接する磁極位置２６間の位置、すなわち４５度、１３５度、２２５度および３１５度の位置が磁極間位置３１である。軸線Ｐに垂直な平面内における軸線Ｐからリング４４の内周面までの距離は、最大値と最小値との差異が５０μｍ以上、つまり直径では１００μｍ以上である。これによって、永久磁石５の前駆体が固化するのと同時に、その永久磁石５の前駆体が磁極位置２６と磁極間位置３１とで互いに異なる大きさの収縮をした結果として、永久磁石５を磁極位置２６と磁極間位置３１とで同じ外径にすることができる。この効果は、軸線Ｐに垂直な平面内における軸線Ｐからリング４４の内周面までの距離が最大値と最小値とで７５μｍ以上、つまり直径では１５０μｍ以上の差異を有する構成とした場合に、なお顕著となる。
【００４５】
図４および図５に示したような、比較例となる永久磁石回転子の断面形状と比べると、本実施の形態におけるリング４４の内周面の磁極位置２６および磁極間位置３１における凹凸は、図４および図５に示した凹凸の変化を反転させた形状に設定する。リング４４の周方向の位置において磁場強度が大きい位置ほど、軸線Ｐからリング４４の内周面までの距離は、短く設定される。
【００４６】
このように形成された実施の形態１に係る金型２５では、シャフト４とリング４４との間に永久磁石５の前駆体が注入されて、永久磁石５の前駆体はリング４４の半径方向内方において固化する。永久磁石５は、磁粉が混合された樹脂によって形成される。永久磁石５の前駆体は磁粉を含むので、磁極位置２６では磁粉の向きが揃い、磁場を形成する部品に向かって磁粉を半径方向外方に引き寄せる吸引力が働く。これによって永久磁石５の前駆体が固化するときに収縮しても尚、永久磁石５を成す磁極位置２６の材料は、半径方向外方に留まろうとする。これに対し磁極間位置３１では、磁粉の配向は磁極位置２６に比べて揃っておらず、半径方向外方に向かう吸引力は磁極位置２６に比べて小さくなる。したがって磁極間位置３１における収縮は、磁極位置２６における収縮よりも大きなものとなる。
【００４７】
磁極位置２６におけるリングの内周面半径Ｒは磁極間位置３１における内周面半径Ｒよりも小さく設定されるので、磁極位置２６での収縮が小さく磁極間位置３１での収縮が大きく生じた結果として、永久磁石回転子３の外周面が成す円筒の断面形状を真円に近づけることができる。これによって、永久磁石回転子３が回転したときに遠心力によって永久磁石５にかかる応力分布を、周方向Ｘに均一にすることができる。したがって使用によって永久磁石５の外周面部に局所的に負荷がかかることをさけることができる。これによって、使用に対し高い耐久性を示す永久磁石回転子３を実現することができる。また回転によるガタつきおよびガタつきによる音の発生を防止できる。
【００４８】
また実施の形態１に係る永久磁石回転子製造用の金型２５において、軸線Ｐに垂直な平面内における軸線Ｐからリング４４の内周面までの距離の周方向Ｘにおける変化は、正弦波の形状を成す。永久磁石５の前駆体が固化するときに、永久磁石５を成す材料に生じる収縮の大きさは、磁粉の配向の整列度合に応じて異なり、したがって周方向Ｘに異なるので、永久磁石５を成す材料に収縮が生じた結果として、永久磁石５の外周面が成す円筒の断面形状を真円に近づけることができる。
【００４９】
また実施の形態１に係る永久磁石回転子製造用の金型２５において、軸線Ｐに垂直な平面内における軸線Ｐからリング４４の内周面までの距離は、最大値と最小値との差異が１００μｍ以上である。これによって、永久磁石５の前駆体が固化するときに、永久磁石５を成す材料の収縮が生じた結果として、永久磁石５の外周面が成す円筒の断面形状を真円に近づけることができる。
【００５０】
また実施の形態１に係る永久磁石回転子製造用の金型２５において、磁場形成部４３が形成する磁場は、軸線方向Ｚにおいて、全ての内部空間３５の範囲を覆う。これによって、内部空間３５で形成される永久磁石５において、軸線方向Ｚの全ての範囲で磁粉の配向を規定することができる。したがって、磁力の強い永久磁石回転子３を実現できる。
【００５１】
次に、永久磁石回転子の製造方法について説明する。図１１は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子の製造方法を表すフローチャートである。永久磁石回転子の製造方法は、前記永久磁石回転子製造用の金型２５を用い、磁場形成工程と、固定工程と、注入工程と、冷却工程とを含む。磁場形成工程では、磁場形成部４３によって磁場を形成する。固定工程では、固定部４２によってシャフト４を固定する。注入工程では、磁場形成工程で磁場が形成された状態において、固定工程で固定されたシャフト４およびリング４４間の内部空間３５に、磁粉を含む永久磁石５の前駆体をシャフト４に接触させて注入する。冷却工程では、注入工程で注入された永久磁石５の前駆体を冷却する。
【００５２】
以下、各工程について具体的に説明する。図１１に示すように、射出成形の事前処理としてステップＳＴ１の予熱工程とステップＳＴ２の磁場形成工程とを行う。ステップＳＴ１の予熱工程では、たとえば永久磁石５に含まれる樹脂がナイロンである場合には、コンパウンド材料を２２０℃〜２７０℃にまで加熱昇温して溶融状態にする。また金型２５を８０℃程度にまで加熱昇温する。またシャフト４についても予熱工程において金型２５と同じ温度にまで加熱昇温しておくことが望ましい。
【００５３】
ステップＳＴ２の磁場形成工程では、リング４４よりも半径方向外方に設置された磁場形成部４３によって、リング４４よりも半径方向内方の内部空間３５全体に磁場を形成する。これによって、シャフト４の軸線Ｐからの予め定める半径方向にＮ極およびＳ極の磁場が形成される。図８に示したように、本実施の形態において極数は４とし、図８の紙面上においては、軸線Ｐの左上および右下のリング４４近傍においてＮ極の磁極が形成され、軸線Ｐの右上および右下のリング４４近傍においてＳ極が形成される。
【００５４】
次に、射出成形を開始する。本処理開始後、ステップＳＴ３の固定工程に移行し、固定部４２によってシャフト４を固定する。固定工程では、金型２５を開放してシャフト４を挿入し、金型２５を閉じる。金型２５を閉じるときには、イジェクタ側入れ子３４がパーティングライン５１にまで移動することによって、イジェクタ側入れ子３４がゲート側入れ子３３に当接する。このとき、金型２５の内部空間３５には、予め不活性気体を充満させる。次にステップＳＴ４の注入工程に移行し、シャフト４の半径方向外方の内部空間３５に永久磁石５の前駆体であるコンパウンド材料を射出注入する。このときコンパウンド材料は、溶融状態で貯蔵された容器からスクリューの回転駆動によって押し出され、ゲート側規定部５２に繋がる管路を経て、ゲート貫通孔３６から注入される。これにともなって金型２５の内部空間３５に予め注入される不活性気体は、イジェクタ貫通孔４１から金型２５の外部に排出される。
【００５５】
金型２５の内部空間３５がコンパウンド材料によって満たされれば、コンパウンド材料の移動が停止するので、これによってスクリューの回転は停止する。スクリューの回転が停止した状態で尚、スクリューが回転しようとする駆動力によって、内部空間３５に位置するコンパウンド材料に対する加圧が続行される。スクリューの回転が停止してから加圧が続行される時間は、たとえば１０秒に設定される。
【００５６】
次に、ステップＳＴ５の冷却工程に移行し、内部空間３５に配置されたコンパウンド材料を冷却する。コンパウンド材料は、溶融状態において２２０℃〜２７０℃であったけれども、金型２５およびシャフト４の温度が８０℃程度であるので、これによってコンパウンド材料は冷却され、固化する。冷却に必要な時間は、たとえば６０秒〜９０秒である。冷却工程においてコンパウンド材料には、冷却および固化にともなって、体積の収縮が生じる。この収縮は、射出成形において「ヒケ」と呼ばれることもある。この収縮の程度が磁粉の配向の度合に関係していることについては、前述したとおりである。
【００５７】
次にステップＳＴ６の取り出し工程に移行し、シャフト４および固化した永久磁石５を金型２５から取り出す。金型２５は、可動側であるイジェクタ側入れ子３４がパーティングライン５１から離れることによって開き、イジェクタ貫通孔４１からイジェクタピン（図示せず）が挿入され、イジェクタピンが内部空間３５に位置する永久磁石５を突き動かすことによって、永久磁石回転子３は金型２５から取り出される。その後、本処理は終了する。本処理が繰り返される場合には、再びステップＳＴ３のシャフト固定工程に移行すればよい。
【００５８】
取り出された永久磁石５は、金型２５内の磁場形成部４３によって磁化されている状態であるけれども、必ずしも着磁が完了しているわけではない。材料によっては着磁が完了している場合もあれば、着磁が不完全な場合もある。永久磁石５の着磁を完了するためには、金型２５内の磁場でさらに着磁してもよいけれども、着磁を別工程としてもよい。また別工程で着磁するときには、作業性を良くするために一旦、脱磁をしてもよい。
【００５９】
脱磁するには、たとえばコイルを巻き付けた円筒状部材である空心コイルを用意し、脱磁する永久磁石５を空心コイルの中に配置し、コイルに交流電流を流す。次に交流電流の電流値を減衰するか、または中に配置した永久磁石５を徐々に空心コイルから外に出すことによって、永久磁石５に影響する磁場の強度を減衰させていく。これによって、ヒストリシスを示す永久磁石５の磁性が反転しながら次第に磁力をゼロに近づけていくことができる。脱磁した後、再び着磁することによって、強力な永久磁石とする場合もある。
【００６０】
このように行われた本発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子の製造方法によれば、注入工程において注入された永久磁石５の前駆体は磁粉を含むので、磁極位置２６では磁粉の向きが揃い、磁場を形成する部品に向かって磁粉を半径方向外方に引き寄せる吸引力が働く。これによって冷却工程において永久磁石５の前駆体が収縮しても尚、永久磁石５を成す磁極位置２６の材料は、半径方向外方に留まろうとする。これに対し磁極間位置３１では、磁粉の配向は磁極位置２６に比べて揃っておらず、半径方向外方に向かう吸引力は磁極位置２６に比べて小さくなる。したがって冷却工程における磁極間位置３１での収縮は、磁極位置２６における収縮よりも大きなものとなる。磁極位置２６におけるリングの内周面半径Ｒは磁極間位置３１における内周面半径Ｒよりも小さく設定されるので、磁極位置２６での収縮が小さく磁極間位置３１での収縮が大きく生じた結果として、永久磁石回転子３の外周面が成す円筒の断面形状を真円に近づけることができる。これによって、永久磁石回転子３が回転したときに遠心力によって永久磁石５にかかる応力分布を、周方向Ｘに均一にすることができる。したがって使用によって永久磁石５の外周面部に局所的に負荷がかかることをさけることができる。これによって、使用に対し高い耐久性を示す永久磁石回転子３を実現することができる。また回転によるガタつきおよびガタつきによる音の発生を防止できる。
【００６１】
実施の形態１において固定部４２は、イジェクタ側入れ子３４に形成される例を示したが、これに限られることはない。たとえば固定部４２は、ゲート側入れ子３３に形成されてもよい。たとえばゲート側入れ子３３に穴を形成し、穴を規定する部分にシャフト４の形状および大きさに応じた段差を形成し、これによってシャフト４を位置決めしてもよい。またさらに、固定部４２としてイジェクタ側入れ子３４およびゲート側入れ子３３の両方に、シャフト４の軸線方向Ｚの端部を位置決めする部分を形成してもよい。
【００６２】
また実施の形態１において永久磁石５の外周面と補強部材２２とを互いに接着する接着層２３は、永久磁石５の外周面と補強部材２２とを全周にわたって接着するものとしたけれども、たとえば永久磁石５の外周面部の一部に位置決め用のリブを設ける場合には、接着層２３は、全周にわたって永久磁石５の外周面と補強部材２２とを接着するとは言えない場合がある。このような場合には、永久磁石５の一部にリブに対応する凹部を形成するために、リング４４の内周面に半径方向内方に突出した部分を形成することもある。
【００６３】
また実施の形態１では、軸線Ｐに垂直な平面内における軸線Ｐからリング４４の内周面までの距離は、最大値と最小値との差異が５０μｍ以上、つまり直径では１００μｍ以上であるものとしたけれども、永久磁石５を成す材質および射出成形の条件によっては、最大値と最小値との差異が７５μｍ以上、つまり直径で１５０μｍ以上であることによって、さらに永久磁石回転子３の真円度が向上する場合がある。
【００６４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２を図に基づいて説明する。実施の形態２は、先に説明した実施の形態１に類似しており、以下、実施の形態１に対する実施の形態２の相違点を中心に説明する。
【００６５】
図１２は、本発明の実施の形態２におけるリング４４ａを、軸線Ｐを含む平面で切断したときの断面図である。軸線Ｐからリング４４ａの内周面までの距離は、軸線方向一方Ｚ１のゲート側の位置においてよりも軸線方向他方Ｚ２のイジェクタ側の位置において大きく設定される。具体的には、軸線Ｐとリング４４ａの内周面との距離は、軸線方向一方Ｚ１の位置から軸線方向他方Ｚ２の位置までなだらかに変化し、５０μｍ以上の差異を示す。リング４４ａの内周面の半径は、軸線方向Ｚに曲線的に変化する構造であっても構わないけれども、図１２には、直線的に変化する構造を図示した。また図１２では、リング４４ａの内周面近傍に位置し、軸線方向Ｚに均一な半径を有し、リング４４ａと軸線を同じくする円筒４７を点線で表している。
【００６６】
図１３は、本発明の比較例となる永久磁石回転子の各部位における外径の違いを表した図である。比較例となる永久磁石回転子は、内周面が円形で軸線方向に同一の内径を有する金型を用いて射出成形によって作成されたものである。図１３には、磁極位置２６における永久磁石の外径と、磁極間位置３１における永久磁石の外径とを測定した結果を示す。図１３における縦軸は、１目盛りが５０μｍを表している。またさらに永久磁石の軸線方向一方のゲート貫通孔に近い位置Ｆ１と、永久磁石の軸線方向他方のイジェクタ貫通孔に近い位置Ｆ２と、永久磁石の軸線方向中央の位置Ｆ３とにおいて、同様の測定を行い、その結果も併せて示す。また図１３には、目標とした外径の寸法Ｆ４も示している。
【００６７】
比較例の永久磁石の、磁極位置２６における外径は、磁極間位置３１における外径に比べて大きく、これは軸線方向いずれの位置においても同様の結果である。このことは図４に関して説明した結果と同じ現象である。さらに軸線方向に異なる位置における結果を比較すると、磁極位置２６および磁極間位置３１の両方において永久磁石の外径は、軸線方向一方のゲート貫通孔に近い位置Ｆ１のほうが軸線方向他方のイジェクタ貫通孔に近い位置Ｆ２よりも大きい。これは、軸線方向他方のイジェクタ貫通孔に近い位置Ｆ２ほど冷却工程における収縮が大きいことを示している。図１３を見ると、軸線方向一方のゲート貫通孔に近い位置Ｆ１と軸線方向他方のイジェクタ貫通孔に近い位置Ｆ２とでは、外径に５０μｍ程度の差異がある。これはゲート側に樹脂が多く充填されることによる。このような軸線方向における外径の差異によっても、永久磁石と補強部材との間に介在する接着層の厚みにムラが生じ、回転時のガタつきおよびガタつきによる音の発生という問題の原因となる。
【００６８】
図１２に示すように、実施の形態２におけるリング４４ａでは、軸線方向他方Ｚ２のインジェクタ貫通孔に近い位置ほど内周面半径Ｒ２を大きく設定するので、軸線方向他方Ｚ２で収縮が大きく生じても、永久磁石回転子３の外径を軸線方向Ｚに均一な外径とすることができる。またリングの内周面半径Ｒ２を軸線方向一方Ｚ１ほど小さく設定するので、金型２５から永久磁石回転子３を取り出すときには、永久磁石回転子３は軸線方向他方Ｚ２へ、リング４４ａは軸線方向一方Ｚ１へ相対的に変位させて取り出す。したがって、イジェクタ側規定部５３は、リング４４ａと分離されることによって金型２５の内部空間３５を開放する。
【００６９】
具体的には、リング４４ａをゲート側入れ子３３に取り付けるか、またはリング４４ａをゲート側入れ子３３およびイジェクタ側入れ子３４から分離可能に設けるか、いずれかの構成とする。磁場形成部４３を保護するために、磁場形成部４３とリング４４ａとの間に円筒状部材を設けてもよい。円筒状部材を設ける場合、円筒状部材は非磁性体によって形成し、ゲート側入れ子３３側に取り付けられる構成とする。円筒状部材は、内径外径ともに真円であってよい。
【００７０】
上記のように構成された実施の形態２による金型２５を用いる永久磁石回転子の製造方法によれば、軸線Ｐからリング４４ａの内周面までの距離を、軸線方向一方Ｚ１の位置においてよりも軸線方向他方Ｚ２の位置において大きく設定されるので、ゲート貫通孔３６に近い軸線方向一方Ｚ１の位置での収縮が小さくイジェクタ貫通孔４１に近い軸線方向他方Ｚ２の位置において収縮が大きく生じた結果として、冷却工程後の永久磁石５の外径を、軸線方向Ｚで均一にすることができる。これによって永久磁石回転子３が回転したときに、遠心力によって永久磁石５にかかる応力分布を軸線方向Ｚに均一にすることができる。したがって使用によって永久磁石５の外周面部に局所的に負荷がかかることをさけることができる。これによって、使用に対し高い耐久性を示す永久磁石回転子３を実現することができる。
【００７１】
また実施の形態２によれば、軸線Ｐとリング４４ａの内周面との距離は、軸線方向一方Ｚ１の位置から軸線方向他方Ｚ２の位置までなだらかに変化し、５０μｍ以上の差異を示すので、永久磁石５の前駆体が固化するときに、ゲート貫通孔３６に近い軸線方向一方Ｚ１の位置で永久磁石５を成す材料の収縮が小さく、イジェクタ貫通孔４１に近い軸線方向他方Ｚ２の位置において永久磁石５を成す材料の収縮が大きく生じた結果として、冷却工程後の永久磁石５の外径を、軸線方向Ｚで均一にすることができる。
【００７２】
また実施の形態２によれば、イジェクタ側規定部５３は、リング４４ａと分離されることによって内部空間３５を開放するので、内部空間３５が開放されたときに永久磁石回転子３はリング４４ａよりも軸線方向一方Ｚ１に移動できる。軸線Ｐからリング４４ａの内周面までの距離は、軸線方向一方Ｚ１の位置においてよりも軸線方向他方Ｚ２の位置に置いて大きく設定されるので、永久磁石回転子３をリング４４ａよりも軸線方向他方Ｚ２に移動させることによって、永久磁石回転子製造用の金型２５から永久磁石回転子３を容易に取り出すことができる。
【００７３】
実施の形態２では、軸線Ｐとリング４４ａの内周面との距離は、軸線方向一方Ｚ１の位置から軸線方向他方Ｚ２の位置までなだらかに変化し、５０μｍ以上の差異を示すものとしたけれども、永久磁石を成す材質および射出成形の条件によっては、最大値と最小値との差異を７５μｍ以上とすることによって、さらに永久磁石回転子３の外径を軸線方向Ｚにおいて均一にすることができる場合がある。
【００７４】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３を図に基づいて説明する。実施の形態３は、先に説明した実施の形態１に類似しており、以下、実施の形態１に対する実施の形態３の相違点を中心に説明する。
【００７５】
図１４は、本発明の実施の形態３において、周方向Ｘにおける磁場強度と、リング４４の内周面半径Ｒ３を周方向Ｘの角度に対して表した図である。図１４（ａ）では、周方向Ｘにおける１つの磁極位置２６をゼロ度とし、横軸を周方向Ｘの角度、縦軸を磁場強度として、リング４４上における磁場強度の分布を表している。図１４（ａ）に示すように、現実の磁場強度６１は、主たる正弦関数５５と、短周期正弦関数５６とが重なり合った結果として形成されている。主たる正弦関数５５は、本実施の形態では極数が４なので、リング４４上ではゼロ度から３６０度までの間に４つの極大値（ゼロ度および３６０度、９０度、１８０度、および２７０度）を示す。短周期正弦関数５６は、主たる正弦関数５５の奇数倍、本実施の形態では３倍の周波数を有する。短周期正弦関数５６の振幅に比べて、主たる正弦関数５５の振幅は大きい。
【００７６】
図１４（ｂ）には、周方向Ｘにおける１つの磁極位置２６をゼロ度とし、横軸を周方向Ｘの角度、縦軸を本実施の形態の設計に基づくリング４４の内周面半径Ｒ３として、リング４４の内周面の形状を表している。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示した現実の磁場強度６１の凹凸形状を、凹から凸に、凸から凹に反転させた形状に一致する。すなわち、リング４４の周方向の位置において磁場強度が大きい位置（ゼロ度および３６０度、９０度、１８０度、および２７０度）ほど、軸線Ｐからリング４４の内周面までの距離は、短く設定される。短周期正弦関数５６の振幅に比べて、主たる正弦関数５５の振幅は大きいので、磁極位置２６におけるリング４４の内周面半径Ｒ３は最も小さく、磁極間位置３１における内周面半径Ｒ３は磁極位置２６における内周面半径Ｒ３よりも大きい。リング４４の内周面を図１４（ｂ）で表された形状とすることによって、射出成形後の永久磁石回転子３の外周面形状を真円に近づけることができる。
【００７７】
上記のように構成される実施の形態３における金型２５を用いる永久磁石回転子の製造方法によれば、磁場形成部４３によって形成される磁場は、磁極間においても局所的に強い部分が形成される。磁場の強い位置で永久磁石５の前駆体の固化に伴う収縮は、磁場の弱い位置での収縮よりも小さい。このことを前提に、軸線Ｐからリング４４の内周面までの距離の、周方向Ｘにおける変化を、主たる正弦関数５５と短周期正弦関数５６とを重畳した形状に設定することによって、永久磁石５を成す材料に射出成形時に収縮が生じた結果として、永久磁石５の外周面が成す円筒の、軸線Ｐに垂直な平面内における断面形状を真円に近づけることができる。
【００７８】
短周期正弦関数５６の周波数は、本実施の形態では主たる正弦関数５５の周波数の３倍であったけれども、使用する金型に応じて、奇数倍であればよい。たとえば短周期正弦関数の周波数は、主たる正弦関数５５の周波数の５倍以上の場合もあり得る。
【００７９】
実施の形態１〜実施の形態３では、永久磁石回転子３の極数が４のものについて説明したが、極数が２あるいは６以上の永久磁石回転子においても、本発明は適用可能である。すなわち、金型２５の内周面が、磁極位置において半径方向内方に、磁極間位置において半径方向外方に位置する設定とすればよい。
【００８０】
こうして得られた永久磁石回転子３は、真円度、円筒度ともに良好で、遠心力による応力も一様に分布する。したがって位置による寸法の差異が無く、接着層２３による永久磁石５と補強部材２２との接着を確実にすることができる。したがって強度不足を避け、劣化を遅延することができ、回転時のガタつきおよび音の発生という問題を避けることができる。
【００８１】
尚、それぞれの実施の形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１  回転電機、２  固定子、３  永久磁石回転子、４  シャフト、５  永久磁石、
６  軸受、１１  スペーサ、１２  フレーム、１３  磁極ティース、１４  固定子鉄心、１５  インシュレータ、１６  固定子巻線、２１  ローレット目、２２  補強部材、
２３  接着層、２４  保持部材、２５  金型、２６  磁極位置、３１  磁極間位置、
３３  ゲート側入れ子、３４  イジェクタ側入れ子、３５  内部空間、
３６  ゲート貫通孔、４１  イジェクタ貫通孔、４２  固定部、４３  磁場形成部、
４４  リング、４５  配向磁石、４６  配向ヨーク、５１  パーティングライン、
５２  ゲート側規定部、５３  イジェクタ側規定部、５５  主たる正弦関数、
５６  短周期正弦関数、６１  現実の磁場強度、Ｚ  軸線方向、Ｚ１  軸線方向一方、
Ｚ２  軸線方向他方、Ｘ  周方向。
【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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