(57)【要約】【課題】トルクや出力の低下を抑えながら低コストで減磁を抑制することができる磁石を提供する。【解決手段】ロータ１０の回転軸に対する直交断面でみたときに、少なくとも極変わり目となる磁石両端部の外周側角部領域３１の磁化容易軸の方向が、ロータ１０の外周側から内周側に向けてみたときに、磁石両端面３２間の中心方向に傾斜していることを特徴とする磁石埋込型モータ用の磁石である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ内部に磁石を埋め込んだ磁石埋込型モータ用の磁石であって、
前記ロータの回転軸に対する直交断面でみたときに、少なくとも極変わり目となる磁石両端部の外周側角部領域の磁化容易軸の方向が、ロータの外周側から内周側に向けてみたときに、該磁石両端面間の中心方向に傾斜していることを特徴とする磁石
【請求項２】
請求項１に記載の磁石を組み込んだことを特徴とする磁石埋込型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ内部に磁石を埋め込んだ磁石埋込型モータ用の磁石および磁石埋込型モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野ではハイブリッド自動車や電気自動車の普及が拡大しており、さらなる出力の向上や燃費改善、あるいは室内空間の確保等の要求に応じて小型かつ高性能なモータの開発が進められている。この種のモータとしてはロータ表面に永久磁石を取り付けた表面磁石型モータ、ロータ内部に永久磁石を埋め込んだ磁石埋込型モータなどが知られている。モータを小型化とともに高性能化を図る手法として、用いる永久磁石の磁力を向上させるという手法は一般的とされる。例えば上記磁石埋込型モータにおいて磁力の大きな磁石材料としてはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系などが知られているが、さらに磁力を大きくするために、減磁を抑制する保磁力の高いＤｙ（ジスプロシウム）等を添加している。また、保磁力向上のために、磁石の極変わり目となる磁石両端部に高い保磁力を示す磁石材料を部分的に設けて、磁石の磁化容易軸をラジアル方向に配向させる技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記Ｄｙ等の保磁力を高める稀少材料は、高価、かつ供給が不安定であるため、コストの上昇を招く。また、モータ使用上では電流を下げることで減磁の抑制は可能であるが、トルクや出力が低下するという不具合が生じる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、トルクや出力の低下を抑えながら低コストで減磁を抑制することができる磁石と、その磁石を用いた磁石埋込型モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の磁石は、ロータ内部に磁石を埋め込んだ磁石埋込型モータ用の磁石であって、前記ロータの回転軸に対する直交断面でみたときに、少なくとも極変わり目となる磁石両端部の外周側角部領域の磁化容易軸の方向が、ロータの外周側から内周側に向けてみたときに、該磁石両端面間の中心方向に傾斜していることを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
また、本発明の磁石埋込型モータは、上記請求項１に記載の磁石を組み込んだことを特徴とする。
【０００８】
本発明の磁石によれば、磁石内部を通る磁束の流れ方が、磁石両端部の磁化磁化容易軸の方向で制御されて円滑に流れ、これによりトルクや出力が低下することなく、また、高価な稀少材料を用いることなく、減磁抑制が達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トルクや出力の低下を抑えながら低コストで減磁を抑制することができる磁石および磁石埋込型モータが提供されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るロータの平面図である。
【図２】（ａ）一実施形態の磁石の磁化容易軸の方向制御の状態を示す図、（ｂ）本発明のように磁化容易軸の方向制御がなされていない磁石を示す図である。
【図３】磁石の減磁箇所および減磁率を写真で示しており、（ａ）一実施形態の磁石、（ｂ）図２（ｂ）の磁石である。
【図４】本発明の磁化容易軸の方向による減磁効果を説明する写真である。
【図５】一実施形態の磁化容易軸の方向制御の複数例を模式的に示す磁石の平面図である。
【図６】一実施形態の磁石の磁化容易軸の方向制御による磁束の流れを示す写真である。
【図７】磁化容易軸の方向制御の手法を概念的に示す図である。
【図８】磁化容易軸の方向制御の手法の一例を示す図である。
【図９】磁化容易軸の方向制御の手法の他の例を示す図であって、磁石の一次成形体に据え込み加工を施す状態を示している。
【図１０】図９のように加工された磁石の磁化容易軸の方向を示す図である。
【図１１】図１０で示す磁石から所望の磁化容易軸の方向制御領域をブロックとして切り出す図である。
【図１２】磁化容易軸の方向制御の手法のさらに他の例であって、磁石の予備成形体を押し出し加工するイメージを示す斜視図である。
【図１３】押し出し加工して得られた磁石から磁化容易軸の方向が制御された磁石を得る工程図である。
【図１４】実施例のモータのトルクと相対減磁量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は一実施形態の磁石を具備する磁石埋込型モータのロータ１０を示している。本発明のモータは、このロータ１０を具備するものである。
【００１２】
ロータ１０は、中心点Ｏを中心として回転する図示せぬ回転軸と、回転軸と一体回転するロータコア２０と、ロータコア２０に取り付けられた複数の永久磁石（以下、磁石）３０とを備え、図示せぬステータの内側に配置されるものである。
【００１３】
ロータコア２０は、同一形状・サイズの環状の薄板からなる複数のケイ素鋼板等の電磁鋼板２１を積層して形成されている。ロータコア２０の外周部には、複数の略Ｕ字状の溝部２２が所定間隔おきに形成されており、隣り合う溝部２２間には、長手方向がロータコア２０の接線方向に沿った長方形状のスロット２３が一対の状態でそれぞれ形成され、各スロット２３に磁石３０が埋め込まれて固定されている。
【００１４】
一対のスロット２３間には、径方向に延びるセンターリブ２４が形成されており、一対のスロット２３は、センターリブ２４に対して線対称に形成されている。磁石３０は、ロータ１０の外周側と内周側にＮ・Ｓの磁極が着磁されており、一対のスロット２３ごとに磁極を変えながら各スロット２３に埋め込まれている。例えば、図１において溝部２２間の２つの磁石３０ａの外周側がともにＮ極とすると、溝部２２を挟んで隣接する２つの磁石３０ｂでは、外周側がＳ極とされる。このため、溝部２２は、ロータコア２０の隣り合う磁極ごとに形成されており、ここでの磁石３０の極変わり目の両端部は、溝部２２間の一対の磁石３０における溝部２２に近接する各端部（溝部２２を挟む各端部）となる。
【００１５】
図２（ａ）に示すように、これら磁石３０の極変わり目の両端部は、ロータ１０の回転軸に対する直交断面でみたときに、該両端部の外周側角部領域３１の図中矢印で示す磁化容易軸の方向が、ロータ１０の外周側から内周側に向けてみたときに、磁石３０の両端面３２間の中心方向に傾斜している。また、その傾斜の度合いは、端面３２に近いほど中心側への傾斜度が大きく、端面３２から離れるほどしだいに傾斜度は緩くなっていく。このように磁石３０の少なくとも極変わり目となる両端部の外周側角部領域３１の磁化容易軸の方向が傾斜するように制御されることにより、減磁を抑制することができる。この減磁抑制作用は、Ｄｙ等の稀少材料を用いることがないため低コストで達成することができ、また、電流を下げる必要がないためトルクや出力の低下が抑えられる。
【００１６】
図３（ａ）は図２（ａ）で示したように磁石３０の極変わり目の両端部の外周側角部領域３１の磁化容易軸の方向を制御した場合の減磁量（％）を示しており、図３（ｂ）は、図２（ｂ）に示すように磁石３０に磁化容易軸の方向の制御を施さない場合の減磁量（％）を示している。ここでは、電流値：３２０Ａpeak、電流位相：６０ｄｅｇ、回転数：１０００ｒｐｍ、磁石温度：１７５℃、常温磁石保磁力：３０ｋＯｅ、という条件で両者の減磁量を調べた。図３で明らかなように本発明の磁石は、磁化容易軸の方向制御無しのものに比べて減磁量が低く、耐減磁性を高めることができている。
【００１７】
磁化容易軸の方向を上記のように制御することで減磁抑制がなされる理由を、図４により以下に説明する（なお、図４および後述の図６においては、太線白矢印が磁化容易軸の方向を示し、他の細かい多数の矢印は磁束の流れ方向を示している）。
【００１８】
図４（ａ）に示すように、磁化容易軸の方向制御がない場合には、磁石の外周側の薄いロータコアのＡ部に磁束の流れが集中して流れにくくなり、Ａ部で磁束が飽和する。そして飽和を逃れようとして磁束は内周側のロータコアに向かって流れ込み、このとき磁束が磁石の両端部すなわちＢ部を通る。ここで、図４（ｂ）に示すように僅かに磁化容易軸が傾斜して配向していると、その配向方向と逆向きに磁束が流れ、磁石のＣ部に逆磁場がかかる。この逆磁場は、磁束が一気にロータコアに向かうほど大きくなるため、磁石が減磁しやすくなる。そこで図４（ｃ）に示すように磁石中の磁束が少しずつロータコアに戻るように磁化容易軸の方向を制御することで、Ｄ部のように減磁を抑えることができるのである。
【００１９】
図５は、磁化容易軸の方向を制御する部位と磁化容易軸の方向（矢印で示す）のいくつかの例を示している。図５（ａ）は、磁石３０の端部において外周３４ａ側から内周３４ｂ側にわたる全幅に磁化容易軸の方向を傾斜させる領域を設けた例であり、４つのブロック３５ごとに磁化容易軸の方向が異なっている。図５（ｂ）は上記図２（ａ）で示したように磁石３０の極変わり目の端部（図５で右端部）の外周３４ａ側の角部に、外周３４ａ側から内周３４ｂ側に向けてみたときに磁石３０の端面３２間の中心方向（図５で左方向）に磁化容易軸が傾斜しており、傾斜角度は４つのブロック３５ごとに異なっている。図５（ｃ）はブロックを分けずに一つのブロック３５内で磁化容易軸の方向を同じとしている。図５（ｄ）は、各ブロック３５の幅が大きくされて磁化容易軸の方向制御領域が全体的に大きくなっている例である。
【００２０】
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）の磁化容易軸の方向を実際に示すもので、図６（ａ）のように外周から内周にわたる全幅に磁化容易軸の方向制御の領域を設けると、内周側のＥ部の磁束の移動が比較的妨げられ、磁束の流れに乱れが生じ、同一磁石内で短絡する磁束が増える。一方、図６（ｂ）に示すように外周側の角部の領域に磁化容易軸の方向が制御されると、内周側のＦ部の磁束の移動は妨げられにくくなり円滑に流れている。図６（ａ）の場合には、図６（ｂ）のものよりトルクの低下が認められたため、トルク低下を抑えるには、内周側の磁束が隣の磁極に円滑に流れることが必要であり、外周側に磁化容易軸の方向制御の領域を設けた方が好ましい。
【００２１】
さて、上記のように磁石の一部において磁化容易軸の方向を制御するには、図７（ａ）に示すように磁石本体３６の磁化容易軸制御領域に切欠き３６ａを形成し、矢印で示す方向の磁化容易軸を有する複数のブロック３５を切欠き３６ａに嵌め合わせて接着していく手法がある。また、この他には、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）の磁石本体３６を分割した２つの磁石本体３７Ａ，３７Ｂと、複数のブロック３５を組み合わせて接合部を接着する手法も採用することができる。
【００２２】
上記ブロック３５のように、磁化容易軸の方向が一定方向の磁石のブロックを得るには、磁石に磁場を与えて磁化容易軸を定める際に、磁化容易軸の方向を制御することが考えられる。例えば焼結磁石の場合には、図８（ａ）に示すように磁石３０において磁化容易軸の方向を図中上下方向に一定とすることが通常であるが、図８（ｂ）に示すように一端部において磁化容易軸を湾曲させるように磁場をかけることで、一端側の角部の領域３１に磁化容易軸の方向を端面に対して傾斜させることが可能である。この手法では、図７に示したように磁石に切欠きを形成したり磁石を分割させたりして磁化容易軸の方向が異なる複数のブロックを貼り合わせるといった手間がかからず磁化容易軸の方向が制御された磁石を得ることができ、生産性の面で有利である。
【００２３】
また、この他には、図９に示すように、円柱状の磁石の一次成形体３８Ａをプレス型４０で熱間据え込み加工により軸方向に圧縮して塑性変形させ、円板状の磁石３８を得る手法がある。この場合、圧縮時において一次成形体３８Ａが塑性流動して変形すると、応力の逃げやプレス型４０との摩擦により図１０に示すように磁石３８内部には矢印で示す方向に磁化容易軸が変位する。磁化容易軸の方向は、外周に向かうにつれて傾斜度合いが強くなる上下対象の樽型状となる。このようにして得た磁石３８の一部を、図１１に示すように切り分けると、傾斜の度合いが異なる磁化容易軸の磁石のブロック３５が得られ、このブロック３５を、図７に示したように磁石に貼り合わせることで、本発明の磁石を得ることができる。
【００２４】
さらに別の手法を図１２および図１３により説明する。この場合、はじめに、図１２に示すように磁石の予備成形体３９Ａを、熱間において金型４５内の略弓型形状の押し出し空間４５ａに貫通させて押し出し加工し、図１３（ａ）に示す押し出し材である磁石３９を成形する。この磁石３９内には、矢印で示す方向の磁化容易軸が形成される。次いで図１３（ａ）の破線に沿って凸部３９ａ側を切断し、図１３（ｂ）のように凸部３９ａを切り離す。続いて図１３（ｃ）〜（ｄ）に示すように凸部３９ａを凹部３９ｂに嵌め込んで接着する。以上で、両端部に傾斜した磁化容易軸の領域を有する磁石を得る。
【００２５】
本発明では、極変わり目となる磁石両端部の外周側角部領域の磁化容易軸の方向を、ロータの外周側から内周側に向けてみたときに磁石両端面間の中心方向に傾斜させることで、耐減磁性を向上させるものである。ここで、磁化容易軸の傾斜とともに、傾斜領域の磁石にＤｙを添加させると、耐減磁性をより向上させることができるので好ましい。その場合、Ｄｙは端面に近付くにしたがって量が多くなるように設けると効果的である。
【実施例】
【００２６】
次いで、本発明の実施例を示して、本発明の優位性を説明する。
図５（ａ）〜（ｄ）で示した４種類の磁化容易軸の方向制御がなされた磁石を用いてロータを組み込み、これらロータを用いて、実施例のモータを構成した。そして、電流値を３２０Ａで動作させた際のモータのトルクと相対減磁量を求めた。
【００２７】
図１４はその結果を示しており、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図５（ａ）〜（ｄ）に対応する磁石を用いている。また、比較例として磁化容易軸の方向制御無しのモータの測定値を示している。図１４に示すように実施例（ａ）〜（ｄ）は、いずれも磁化容易軸の方向制御無しのものより相対減磁量が少なく、本発明の優位性が確かめられた。磁化容易軸の方向の傾向としては、図５（ａ）のように磁化容易軸が傾斜する領域を全幅に設けるよりも外周側に偏らせた方が効果が高いことは、図６を用いて上述した通りであるが、製造の簡便性と考慮すると図５（ａ）の構造を採ってもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１０…ロータ
３０…磁石
３１…外周側角部領域
３２…磁石両端面
【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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