(57)【要約】【課題】回転子鉄心に埋設された磁石の利用効率を高める。【解決手段】回転子１００は、周方向に設けられた複数の磁石挿入孔１２を有する回転子鉄心１０と、複数の磁石挿入孔１２のそれぞれに埋設された複数の磁石２０とを備えている。磁石２０は、磁石挿入孔１２の軸方向に積み重ねられて埋設された複数の分割磁石２１からなる。磁石挿入孔１２は、上面視で回転子鉄心１０の外周側から軸心側にかけて延びる第１部分１２ａを有している。磁石挿入孔１２内に積み重ねられ、軸方向に隣り合う分割磁石２１の間に絶縁層４０が設けられている。【選択図】図２Ａ
2022002421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の磁石挿入孔を有する回転子鉄心と、
前記複数の磁石挿入孔のそれぞれに埋設された複数の磁石と、を少なくとも備え、
前記磁石は、前記磁石挿入孔内に軸方向に積み重ねられて埋設された複数の分割磁石からなり、
前記磁石挿入孔は、上面視で前記回転子鉄心の外周側から軸心側にかけて延びるように設けられ、かつ径方向の長さが周方向の長さよりも長い第１部分を有し、
前記磁石挿入孔内に積み重ねられ、軸方向に隣り合う分割磁石の間に絶縁層が設けられていることを特徴とする回転子。
【請求項２】
請求項１に記載の回転子において、
前記磁石の外形は、上面視で前記磁石挿入孔の内周面に沿うように規定されていることを特徴とする回転子。
【請求項３】
周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の磁石挿入孔を有する回転子鉄心と、
前記複数の磁石挿入孔のそれぞれに埋設された磁石と、を少なくとも備え
前記磁石挿入孔は、上面視で前記回転子鉄心の外周側から軸心側にかけて延びるように設けられた第１部分を有し、
前記第１部分に埋設された磁石のうち、前記回転子鉄心の軸心に近い側に位置する第１磁石は、前記磁石挿入孔内に軸方向に積み重ねられた複数の分割磁石で構成され、軸方向に隣り合う分割磁石の間に絶縁層が設けられており、
前記第１部分に埋設された磁石のうち、前記回転子鉄心の外周に近い側に位置する第２磁石の側面の表面積は、前記第１磁石における１つの分割磁石の側面の表面積よりも大きく、かつ前記磁石挿入孔内で絶縁層を挟んで前記第１磁石と径方向で接して設けられていることを特徴とする回転子。
【請求項４】
請求項３に記載の回転子において、
前記第１部分に埋設された磁石の外形は、上面視で前記第１部分の内周面に沿うように規定されていることを特徴とする回転子。
【請求項５】
請求項３または４に記載の回転子において、
前記第２磁石の軸方向の長さは前記磁石挿入孔の軸方向の長さに略等しいことを特徴とする回転子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転子において、
前記磁石挿入孔は、上面視で前記回転子鉄心の軸心に向かって凸形状であることを特徴とする回転子。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転子において、
前記磁石挿入孔は、上面視で前記回転子鉄心の外周側から軸心側に向かって延びる長方形状であることを特徴とする回転子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回転子において、
上面視で、周方向に隣り合う２つの前記磁石をそれぞれ通るｄ軸磁束通路と、前記磁石の径方向外側に位置する回転子鉄心を通るｑ軸磁束通路とが形成され、磁気的突極性を有することを特徴とする回転子。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の回転子と、
前記回転子と所定の間隔をあけて配設された固定子と、を少なくとも備えることを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転子及びそれを用いた電動機に関し、特に、内部に永久磁石が配置された回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転子鉄心内に永久磁石（以下、単に磁石という）を埋め込んだ構造のＩＰＭ（Internal Permanent Magnet）モータが知られており。ＩＰＭモータは、回転子鉄心の表面に磁石を配置したＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータに比べ、リラクタンストルクが利用できるため、高い回転トルクが得られる。また、同じ体積の回転子鉄心に対して、高体積密度で磁石を配置するために、回転子鉄心に上面視でＶ字形状またはＵ字形状の磁石挿入孔を設け、当該磁石挿入孔の内周面に外形が沿うように形成された磁石を埋設する構成が知られている。
【０００３】
このような構成において、未着磁状態である磁石素材（以下、単に磁石素材という）を磁石挿入孔に埋設した後、外部から磁界を印加して磁石素材を磁石に変化させる、一般に着磁と呼ばれる方法が広く適用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、特許文献２には、磁界を印加しながら磁石素材を磁石挿入孔内に注入成形して磁石とする一方、着磁済の磁石を磁石挿入孔内の回転子鉄心の軸心に近い側に配設することで、磁石全体の磁力のばらつきを防止する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６０６２９００号明細書
【特許文献２】特開２０１６−０８２７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、外部から印加された磁界は回転子鉄心内を減衰しながら進入する。このため、前述の着磁を行うと、回転子鉄心の軸心に近い側で磁石が十分に着磁できず、磁石の利用効率が低下することがある。これを防止するため、特許文献１に開示される構成では、複数の着磁装置を用いて複数回の部分着磁を行っている。しかし、このような方法では、製造時のリードタイムや設備コストが増加してしまう。
【０００７】
また、特許文献２に開示される方法では、着磁済の磁石と回転子鉄心との間に強い吸引力が働くため、磁石のハンドリングが難しく、所定の位置に磁石を配置できないおそれがあった。また、回転子鉄心と磁石とが擦れて磁石の表面に設けられた被膜が剥がれるおそれがあった。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁石の利用効率が高められるとともに、回転子鉄心内に磁石を簡便に配置できる回転子及びそれを用いた電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る回転子は、周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の磁石挿入孔を有する回転子鉄心と、前記複数の磁石挿入孔のそれぞれに埋設された複数の磁石と、を少なくとも備え、前記磁石は、前記磁石挿入孔内に軸方向に積み重ねられて埋設された複数の分割磁石からなり、前記磁石挿入孔は、上面視で前記回転子鉄心の外周側から軸心側にかけて延びるように設けられ、かつ径方向の長さが周方向の長さよりも長い第１部分を有し、前記磁石挿入孔内に積み重ねられ、軸方向に隣り合う分割磁石の間に絶縁層が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、着磁時に分割磁石の各々で発生する渦電流を低減でき、回転子鉄心の軸心に近い側の磁石の着磁率が低下するのを抑制できる。このことにより、回転子における磁石の利用効率が高めることができる。また、回転子鉄心内に磁石を簡便に配置できる。
【００１１】
また、本発明に係る別の回転子は、周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の磁石挿入孔を有する回転子鉄心と、前記複数の磁石挿入孔のそれぞれに埋設された磁石と、を少なくとも備え、前記磁石挿入孔は、上面視で前記回転子鉄心の外周側から軸心側にかけて延びるように設けられた第１部分を有し、前記第１部分に埋設された磁石のうち、前記回転子鉄心の軸心に近い側に位置する第１磁石は、前記磁石挿入孔内に軸方向に積み重ねられた複数の分割磁石で構成され、軸方向に隣り合う分割磁石の間に絶縁層が設けられており、前記第１部分に埋設された磁石のうち、前記回転子鉄心の外周に近い側に位置する第２磁石の側面の表面積は、前記第１磁石における１つの分割磁石の側面の表面積よりも大きく、かつ前記磁石挿入孔内で絶縁層を挟んで前記第１磁石と径方向で接して設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、第１磁石において、軸方向に隣り合う分割磁石の間に絶縁層を設けることで、分割磁石の各々で発生する渦電流を低減して着磁率が低下するのを抑制でき、第１磁石の利用効率を高められる。また、第２磁石の表面積が第１磁石における１つの磁石の表面積よりも大きくなるようにすることで、固定子からの磁界によって第２磁石が減磁される度合いを小さくすることができる。また、第２磁石における絶縁層の比率を低減できるため、磁石全体の磁力を向上できる。
【００１３】
本発明に係る電動機は、上記の回転子と、前記回転子と所定の間隔をあけて配設された固定子と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、磁石の利用効率を高めることで高い回転トルクを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の回転子によれば、磁石の利用効率を高められるとともに、回転子鉄心内に磁石を簡便に配置できる。また、本発明の電動機によれば、高い回転トルクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る電動機の要部を示す断面模式図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態１に係る磁石の斜視図である。
【図２Ｂ】分割磁石の斜視図である。
【図３】回転子の組立手順を示すフローチャートである。
【図４】着磁工程における固定子内での磁力線の分布を示す図である。
【図５】回転子外周からの径方向の距離と磁石の着磁率との関係を示す図である。
【図６】分割の有無による磁石での渦電流及び反磁界の発生状態を示す模式図である。
【図７Ａ】変形例に係る回転子の断面模式図である。
【図７Ｂ】変形例に係る別の回転子の断面模式図である。
【図７Ｃ】変形例に係るさらなる別の回転子の断面模式図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る磁石の斜視図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る別の磁石の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００１８】
（実施形態１）
［電動機の要部の構成］
図１は、本実施形態に係る電動機の要部の断面模式図を示す。なお、以降の説明において、回転子鉄心１０に配設された回転軸５０の延びる方向を「軸方向」と、回転子鉄心１０の半径方向を「径方向」と、回転子鉄心１０の外周に沿った方向を「周方向」とそれぞれ呼ぶことがある。また、径方向において、回転子鉄心１０の軸心、つまり、回転軸５０が配設された側を「径方向内側」または「内側」と、回転子鉄心１０の外周側を「径方向外側」または「外側」とそれぞれ呼ぶことがある。また、回転子鉄心１０の軸方向の一端面を上面、これと対向する面を下面と呼び、上面が配置された側を「上側」と、下面が配置された側を「下側」とそれぞれ呼ぶことがある。
【００１９】
電動機３００は、回転子１００と固定子２００とを有している。また、電動機３００は、電動機ケース等の複数の構成部品を別途有しているが、説明の便宜上、これらについては図示及び詳細な説明を省略する。
【００２０】
回転子１００は、略円筒形状の回転子鉄心１０と回転軸５０とを有しており、回転軸５０は電動機３００と別に設けられた駆動部（図示せず）に連結されて、駆動部を回転駆動する出力軸である。また、回転軸５０は、軸受（図示せず）に回転自在に支持されて電動機ケース（図示せず）に取付けられている。
【００２１】
回転子鉄心１０は、複数の電磁鋼板が積層されてなる略円筒状の部材であり、軸方向に延びる貫通開口１１を軸心に有している。貫通開口１１には回転軸５０が圧入等により挿通、固定されている。
【００２２】
回転子鉄心１０の外周側には、周方向に所定の間隔をあけて複数の磁石挿入孔１２が形成されている。磁石挿入孔１２は、回転子鉄心１０を軸方向に貫通する開口であり、上面視で軸心に向かって凸であるＵ字形状をなしている。また、磁石挿入孔１２は、上面視で、軸心に向かって凸形状となる凸部１２ｂと凸部１２ｂの両端からそれぞれ回転子鉄心１０の外周側にかけてストレートに延びるように設けられたストレート部１２ａとで構成されている。また、図１から明らかなように、ストレート部１２ａは、径方向の長さＡが周方向の長さＢよりも長くなるように構成されている。なお、以降の説明において、ストレート部１２ａを第１部分１２ａと呼ぶことがある、また、２つあるストレート部１２ａの一方と凸部１２ｂとを含めて、第１部分１２ｃと呼ぶことがある。言いかえると、磁石挿入孔１２のうち、回転子鉄心１０の軸心側から外周側にかけてストレートに延びる部分を含む領域を第１部分と呼ぶことがある。ただし、いずれの場合も、第１部分１２ａまたは第１部分１２ｃは、径方向の長さＡが周方向の長さＢよりも長くなるように構成されている。
【００２３】
磁石２０は、複数の磁石挿入孔１２のそれぞれに埋設されており、所定の方向に磁化された永久磁石である。なお、後述するように、回転子１００の組立時には、複数の磁石挿入孔１２のそれぞれに磁石素材３０が埋設され、外部から所定の磁界が印加されることで磁石素材３０が着磁され磁石２０となる。本実施形態における磁石２０の各々において、磁束密度が１．４（Ｔ）、保磁力が１７００（ｋＡ/ｍ）となるようにしているが、特にこれに限定されず、電動機３００の要求仕様や回転子１００の極数等に応じて適宜変更されうる。
【００２４】
なお、複数の磁石２０は、周方向において互いに隣り合う磁石２０の極性が反対向きとなるように配置されている。例えば、一の磁石において、径方向外側に位置する側面がＮ極、径方向内側に位置する側面がＳ極であるとすると、周方向において一の磁石に隣り合う磁石では、径方向外側に位置する側面がＳ極、径方向内側に位置する側面がＮ極である。磁石２０の構造等については後で詳述する。
【００２５】
固定子２００は、回転子鉄心１０の外周側に回転子鉄心１０と所定の間隔をあけて設けられている。固定子２００は、断面視で略環状のヨーク部２１０と、ヨーク部２１０の内周から延び、かつ周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の歯部２２０とを有しており、ヨーク部２１０と複数の歯部２２０とで磁気回路である磁心２３０を構成している。磁心２３０は回転子鉄心１０と同様に複数の電磁鋼板が積層されてなる。また、複数の歯部２２０のそれぞれには、界磁コイル２４０が巻装されており、周方向に隣り合う界磁コイル２４０の間には図示しないインシュレータが設けられている。
【００２６】
互いに電気角で１２０°の位相差を有するＵ，Ｖ，Ｗ相の３相の電流がそれぞれ固定子２００に設けられた複数の界磁コイル２４０に供給されて固定子２００が励磁され、回転磁界が発生する。この回転磁界により、回転子１００に回転トルクが発生し、回転軸５０が図示しない軸受に支持されて軸線周りに回転する。
【００２７】
また、実線の矢印６０はｄ軸磁束通路を示し、矢印６０の横切る回転子１００の部位はｄ軸磁束通路構成部であり、固定子２００からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのマグネットトルクを発生させる。ｄ軸磁束通路６０は、上面視で、周方向に隣りあう２つの磁石２０をそれぞれ通るように構成されている。破線の矢印６１はｑ軸磁束通路を示し、矢印６１の横切る回転子１００の部位はｑ軸磁束通路構成部であり、固定子２００からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのリラクタンストルクを発生させる。ｑ軸磁束通路６１は、上面視で、磁石２０の径方向外側に位置する回転子鉄心１０を通るように構成されている。
【００２８】
なお、矢印６０で示すｄ軸磁束通路及び矢印６１で示すｑ軸磁束通路は、主要なｄ軸磁束通路及びｑ軸磁束通路を模式的に例示するものである。この主要なｄ軸磁束通路及びｑ軸磁束通路の他にマグネットトルクやリラクタンストルクの発生に寄与するが主要ではない別のｄ軸磁束通路及びｑ軸磁束通路も考察し得る。この主要ではない別のｄ軸磁束通路及びｑ軸磁束通路については、知見を記すに留め、詳細については記載を省略する。
【００２９】
［磁石の構成］
図２Ａは、本実施形態に係る磁石の斜視図を、図２Ｂは、分割磁石の斜視図を示す。なお、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３０】
図２Ａに示すように、磁石２０は、複数の分割磁石２１が軸方向に積み重ねられて構成されている。また、磁石２０は、軸方向の長さが磁石挿入孔１２の軸方向の長さに略等しくなるように構成されている。なお、本願明細書において、「略等しい」とは回転子鉄心１０や磁石２０の製造公差を含んで等しいという意であり、磁石２０の軸方向の長さが磁石挿入孔１２の軸方向の長さとが厳密に一致していなくてもよい。また、所望の磁力が得られる範囲で、磁石２０の軸方向の長さは磁石挿入孔１２の軸方向の長さより短くてもよい。
【００３１】
また、磁石２０の外形は、上面視で、磁石挿入孔１２の内周面に沿うように規定されている。つまり、磁石２０の外形は、上面視でＵ字形状であり、磁石挿入孔１２に埋設された状態で回転子鉄心１０の軸心に向かって凸形状となる凸部２０ｂと凸部２０ｂの両端からそれぞれストレートに延びるように設けられたストレート部２０ａとで構成されている。なお、磁石挿入孔１２と同様に、ストレート部２０ａを第１部分２０ａと呼ぶことがある、また、２つあるストレート部２０ａの一方と凸部２０ｂとを含めて、第１部分２０ｃと呼ぶことがある。言いかえると、磁石２０のうち、回転子鉄心１０の軸心側から外周側にかけてストレートに延びる部分を含む領域を第１部分と呼ぶことがある。ただし、いずれの場合も、第１部分２０ａまたは第１部分２０ｃは、径方向の長さＡが周方向の長さＢよりも長くなるように構成されている。
【００３２】
また、図２Ｂに示すように、分割磁石２１の上面及び下面には絶縁層４０が設けられており、図示しないが、分割磁石２１の側面にも、つまり、分割磁石２１の表面全体に同じ絶縁層４０が設けられている。従って、図２Ａに示すように、軸方向に隣り合う分割磁石２１の間には絶縁層４０が配設されることになる。なお、この絶縁層４０は、未着磁状態である分割磁石素材（以下、単に分割磁石素材という）３１の表面全体に絶縁性樹脂、例えば、エポキシ系樹脂を塗布し、さらに乾燥硬化して形成される。ただし、特にこれに限定されず、分割磁石素材３１の表面に絶縁性物質を蒸着等して形成してもよい。また、分割磁石素材３１を絶縁性フィルムで包装し、包装後の分割磁石素材３１を軸方向に積み重ねて磁石素材３０を構成するようにしてもよい。
【００３３】
なお、本実施形態において、磁石素材３０は、ＮｄやＳｍ等の希土類を含む磁石粉末の焼結体であり、表面が絶縁層４０で覆われた未着磁状態の部材である。なお、磁石素材３０の材質については特にこれに限定されず、着磁後に所望の磁力が得られるように、未着磁状態の磁石材料が磁石素材３０に所定量以上含まれていればよい。
【００３４】
［回転子の組立手順］
図３は、回転子の組立手順に関するフローチャートを示す。
【００３５】
まず、回転子鉄心１０を準備する（ステップＳ１）。次に、分割磁石素材３１の表面に絶縁層４０を形成し、所定の個数の分割磁石素材３１を積み重ねて磁石素材３０を準備する（ステップＳ２）。
【００３６】
複数の磁石挿入孔１２のそれぞれの内周面に熱硬化性接着剤（図示せず）を塗布等して設け磁石素材３０を磁石挿入孔１２内に埋設する。さらに、磁石素材３０が埋設された回転子鉄心１０を所定の温度で加熱し、接着材を熱硬化させて磁石挿入孔１２内に磁石素材３０を位置決め固定する（ステップＳ３）。
【００３７】
なお、ステップＳ２，Ｓ３において、表面に絶縁層４０が形成された分割磁石素材３１を磁石挿入孔１２内に順次、積み重ねるようにしてもよい。また、磁石素材３０が落下しないように、複数の磁石挿入孔１２の下面のそれぞれに接するように保持具（図示せず）が配置された状態で、ステップＳ２，Ｓ３は実行される。
【００３８】
次に、着磁装置４００（図４参照）を回転子鉄心１０の外周側に配置し、着磁装置４００で発生する所定の磁界を磁石素材に印加して、磁石素材３０を着磁する（ステップＳ４）。このとき、周方向において互いに隣り合う磁石２０の極性が反対向きとなるように、着磁装置４００で磁界を発生させる。
【００３９】
図４は、着磁工程であるステップＳ４における固定子内での磁力線の分布を示し、着磁装置４００は、コイル４１０に通電することで、破線で示すように磁力線を発生させる。このように外部から所定の強度の磁界を印加することにより、磁石素材３０を磁化して磁石２０とすることができる。なお、隣りあうコイル４１０同士は逆巻きとなるように設けられており、コイル４１０の巻き数はいずれも同じであり、また、コイル４１０はいずれも直列に接続されている。このようにすることで、周方向に互いに隣り合う磁石２０の極性を反対向きとし、かつ各磁石２０の磁力を同程度とすることができる。
【００４０】
回転子鉄心１０の貫通開口１１に回転軸５０を圧入して取付固定する（ステップＳ５）。このようにして、回転子１００の組立が完了する。
【００４１】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係る回転子１００は、周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の磁石挿入孔１２を有する回転子鉄心１０と、複数の磁石挿入孔１２のそれぞれに埋設された複数の磁石２０と、を少なくとも備えている。
【００４２】
磁石２０は、磁石挿入孔１２内に軸方向に積み重ねられて埋設された複数の分割磁石２１からなる。なお、複数の分割磁石２１は、複数の分割磁石素材３１が外部から着磁されてなる。
【００４３】
磁石挿入孔１２は、上面視で回転子鉄心１０の外周側から軸心側にかけて延びるように設けられ、かつ径方向の長さが周方向の長さよりも長い第１部分１２ａまたは第１部分１２ｃを有している。また、磁石挿入孔１２内に積み重ねられ、軸方向に隣り合う分割磁石２１の間に絶縁層４０が設けられている。
【００４４】
回転子１００をこのように構成することで、磁石挿入孔１２及びこれに埋設される磁石素材３０が、回転子鉄心１０の外周側から軸心に近い側まで延びるように設けられている場合に、軸心に近い側に位置する部分も含めて、１回の着磁工程で磁石素材３０を十分に磁化することができる。このことについてさらに説明する。
【００４５】
図５は、回転子外周からの径方向の距離と磁石の着磁率との関係を示す。なお、図５には、図４に示す着磁装置４００を用いて４０００μＦ、４０００Ｖの条件で着磁を行なった結果を示している。なお、図５に示す点線は、磁石２０の要求性能を満たすために必要な着磁率α（％）を示しており、ここに示す例では、約９０％の着磁率に対応する。ただし、回転子１００に要求させる性能仕様等によって、着磁率αは９０％より高い場合も低い場合も採りうる。
【００４６】
また、図５に示すデータを取得するにあたって、直径が１０８ｍｍで、軸方向の高さが５５ｍｍの回転子鉄心１０を用いた。また、磁石２０は、ストレート部２０ａの先端から凸部２０ｂの先端までの長さが２５ｍｍのものを用いた。また、磁石２０の軸方向の長さは、分割の有無にかかわらず、磁石挿入孔１２の軸方向の長さ、言いかえると、回転子鉄心１０の軸方向の長さに略等しくなるようにした。よって、磁石２０が１０枚積層された分割磁石２１で構成される場合には、分割磁石２１の各々は、軸方向の高さを５.４６ｍｍとし、絶縁層４０として、膜厚２０μｍのエポキシ系樹脂を分割磁石２１の表面、実際には分割磁石素材３１の表面に形成した。また、図５に示す例では、図１に示す６極の回転子１００ではなく、磁石が１０箇所に埋設された１０極の回転子１００を用いて着磁率の比較を行った。
【００４７】
なお、ここで言う着磁率とは、上記の着磁を実施した後、回転子１００から磁石２０を引抜き、回転子１００の外周側から軸心側に沿って磁石２０の磁束密度を計測し、外周側先端にある磁石の磁束密度を分母として計算した値である。
【００４８】
図５から明らかなように、磁石２０が未分割の場合、ストレート部２０ａの先端から軸心側に向かって７ｍｍ程度の領域までは、着磁率がα以上であるが、これを越えると着磁率が急激に低下した。また、２分割の磁石２０では、着磁率がα以上となる領域はストレート部２０ａの先端から軸心側に向かって１０ｍｍ程度であり、さらに、磁石２０を１０分割した場合は、２２ｍｍ程度、つまり、磁石２０の軸心側先端に近い部分までα以上の着磁率で着磁可能であった。
【００４９】
これは、磁石２０の分割状態によって、磁石２０の表面に発生する渦電流とこれに伴う反磁界との発生状態が異なることに起因していると考えられる。
【００５０】
図６は、分割の有無による磁石での渦電流及び反磁界の発生状態の模式図を示す。なお、説明の便宜上、図６において、磁石２０の側面を平面として図示している。
【００５１】
所定の方向に外部磁界が印加されると、外部磁界の方向と交差する磁石２０の側面には所定の回転方向に渦電流が流れ、外部磁界に対して反対向きに反磁界が発生する。図６の（ａ）図に示すように、磁石２０が軸方向で分割されていない場合、磁石２０の側面全体に渦電流が流れるため、その電流量は大きくなり、当該電流量に伴って反磁界も強度が増す。一方、図１に示すように、磁石２０のうち、凸部２０ｂの径方向外側には所定の体積の回転子鉄心１０が存在するため、この部分で着磁時の外部磁界が弱められることは前述の通りである。
【００５２】
しかし、反磁界は渦電流の電流量に依存し、磁石２０の側面全体で一様であるから、凸部２０ｂにおいて、ストレート部２０ａよりもさらに着磁時の外部磁界が弱められる。このため、軸心側での着磁率が大きく低下するものと考えられる。
【００５３】
一方、本実施形態によれば、図６の（ｂ）図に示すように、磁石２０を軸方向に積み重ねられた複数の分割磁石２１で構成するとともに、軸方向に隣り合う分割磁石２１の間に絶縁層４０を設けている。このことにより、分割磁石２１の各々で発生する渦電流の電流量を小さくして、反磁界を弱められる。よって、凸部２０ｂにおいて、着磁時の外部磁界が弱められるのを抑制し、より少ない回数、例えば１回の着磁で磁石素材３０を磁化して磁石２０にすることができる。また、このことにより、着磁装置４００の簡素化及び組立時のリードタイムの低減が図れ、回転子１００の製造コストを低減できる。
【００５４】
さらに、回転子鉄心１０に対して、高体積密度でかつ、各々、利用効率が高められた複数の磁石２０を配置できるため、本実施形態の回転子１００を電動機３００に適用すると、より高い回転トルクを得ることができる。また、同じ回転トルクであれば、回転子１００の体積を小さくできる。
【００５５】
また、本実施形態の回転子１００によれば、複数の分割磁石素材３１を磁石挿入孔１２内に軸方向に積み重ねた状態で着磁して磁石２０とするため、磁石挿入孔１２内へ分割磁石素材３１の配置を容易に行うことができる。このことにより、組立工程の簡素化が図れる。
【００５６】
また、着磁済の磁石を回転子鉄心１０内に配置する場合、磁力によって鉄屑等の異物が磁石に吸着されることがある。このような異物は、磁石を磁石挿入孔１２内に配置する場合の障害物となり、回転子１００の組立不良等を引き起こすおそれがあった。
【００５７】
一方、本実施形態の回転子１００によれば、複数の分割磁石素材３１を磁石挿入孔１２内に配置するため、上記のような磁気による異物の吸着が起こらず、組立不良等が発生するのを防止できる。また、分割磁石素材３１は未着磁状態であるため、磁力によって回転子鉄心１０に引き寄せられることなく、磁石挿入孔１２内に配置することができる。このことにより、分割磁石２１の表面に設けられた絶縁層４０が回転子鉄心１０と擦れ合って剥がれるのを防止し、回転子１００の組立歩留まりを向上できる。
【００５８】
また、磁石挿入孔１２は、上面視で回転子鉄心１０の軸心に向かって凸形状であり、磁石２０の外形は、上面視で磁石挿入孔１２の内周面に沿うように規定されている。このことにより、回転子鉄心１０内での占有密度が高められた複数の磁石挿入孔１２のそれぞれに対して、高い充填率で磁石２０を配置でき、ひいては、電動機３００の回転トルクを高めることができる。
【００５９】
また、磁石２０の外形を上記の形状とすることで、磁石素材３０の側面と着磁装置４００から発生する磁力線とが直交するようになるため、磁石素材３０の磁化が容易になる。このことにより、凸部２０ｂの最深部すなわち軸心側に近い磁石２０の着磁率が向上し、磁石２０の利用効率を高められる。また、電動機３００の回転トルクを高めることができる。
【００６０】
また、本実施形態の回転子１００は、上面視で、周方向に隣り合う２つの磁石２０をそれぞれ通るｄ軸磁束通路６０と、磁石２０の径方向外側に位置する回転子鉄心１０を通るｑ軸磁束通路６１とが形成され、磁気的突極性を有している。
【００６１】
本実施形態によれば、ｄ軸磁束通路６０に起因するマグネットトルクとｑ軸磁束通路６１に起因するリラクタンストルクとの両方を電動機３００の回転トルクとして利用でき、回転トルクを高められる。
【００６２】
また、本実施形態の電動機３００は、回転子１００と、回転子１００の径方向外側に、回転子１００と所定の間隔をあけて配設された固定子２００と、を少なくとも備えている。
【００６３】
本実施形態によれば、回転子１００のコストを低減できるとともに、磁石２０の利用効率を高めることで、高い回転トルクの電動機３００を実現できる。
【００６４】
＜変形例＞
図７Ａは、本変形例に係る回転子の断面模式図を、図７Ｂは、別の回転子の断面模式図を、図７Ｃは、さらなる別の回転子の断面模式図をそれぞれ示す。なお、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６５】
図７Ａ，７Ｂに示すように、磁石挿入孔１２及び磁石２０の形状を、上面視で、回転子鉄心１０の軸心側に向かって凸となるＶ字形状としてもよい。また、図７Ｃに示すように、磁石挿入孔１２及び磁石２０の個々の形状を、上面視で、回転子鉄心１０の外周側から軸心側に向かって延びる長方形状とし、全体として、いわゆるスポーク形状となるようにしてもよい。
【００６６】
回転子１００をこのように構成しても実施形態１と同様の効果を得ることができる。なお、本変形例においても、磁石挿入孔１２の径方向の長さＡは周方向の長さＢよりも長くなるようにしている。また、周方向で互いに隣り合う磁石２０の極性も反対向きである。
【００６７】
なお、特に図示しないが、磁石挿入孔１２と磁石２０との間には隙間が生じている。この隙間は、磁石２０の寸法公差と回転子鉄心１０を構成する電磁鋼板の寸法公差とから自ずと生じるクリアランスである。また、磁石２０のＮ極とＳ極とが回転子鉄心１０を介して磁気的に短絡するのを回避するために、磁石挿入孔１２と磁石２０との間にやや幅広な隙間を配置する場合もある。この幅広な隙間は、所謂、フラックスバリアと呼称されるものである。このフラックスバリアは、磁石挿入孔１２を部分的に磁石２０よりも大きい形状とするもので、上記の寸法公差に起因するクリアランスよりも大きな寸法の隙間を構成するのが一般的で、公知の構成である。
【００６８】
（実施形態２）
図８は、本実施形態に係る磁石の斜視図を示し、図９は、別の磁石の斜視図をそれぞれ示す。図８に示す磁石２０は、図２Ａに示す構成に、図９に示す磁石２０は、図７Ｃに示す構成にそれぞれ対応している。なお、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６９】
本実施形態に示す構成と実施形態１に示す構成とでは、以下の点で異なる。すなわち、磁石２０は、上面視で複数箇所に分割されており、回転子鉄心１０の軸心に近い側に位置する第１磁石２２は軸方向に分割される一方、回転子鉄心１０の外周側に位置する第２磁石２３は軸方向に分割されていない未分割の磁石である。また磁石２０の分割箇所のそれぞれに絶縁層４０が設けられている。
【００７０】
言いかえると、磁石挿入孔１２の第１部分１２ａまたは第１部分１２ｃに埋設された磁石２０のうち、回転子鉄心１０の軸心に近い側に位置する第１磁石２２は、磁石挿入孔１２内に軸方向に積み重ねられた複数の分割磁石２２ａで構成され、軸方向に隣り合う分割磁石２２ａの間に絶縁層４０が設けられている。回転子鉄心１０の外周に近い側に位置する第２磁石２３は軸方向に未分割で、かつ磁石挿入孔１２内で絶縁層４０を挟んで第１磁石２２と径方向で接して設けられている。
【００７１】
また、磁石２０は、第１磁石２２及び第２磁石２３を含め、磁石挿入孔１２の第１部分１２ａまたは第１部分１２ｃに埋設されている。なお、磁石２０は複数の分割磁石素材３１が外部から着磁されてなる。
【００７２】
回転子１００の磁石２０をこのように構成することで、実施形態１と同様に、軸心に近い側の第１磁石２２を容易に磁化できるとともに、外周側に近い第２磁石２３の減磁を抑制することができる。このことについてさらに説明する。
【００７３】
磁石挿入孔１２内に配置される磁石２０を軸方向で分割し、かつ軸方向に隣り合う分割磁石２１の間に絶縁層４０を設けることで、図６の（ｂ）図に示すように、分割磁石２１のそれぞれに生じる渦電流を低減できるとともに、外部磁界と反対向きに発生する反磁界を弱められる。このことは、磁石素材３０を磁化する場合には有利に働くが、以下で説明する別の課題が発生しうる。
【００７４】
図１に示す電動機３００が動作する場合、固定子２００によって回転磁界が発生することは前述の通りである。一方、固定子２００からの磁界によって保磁力以上の磁界が磁石２０に加わると磁石２０の磁化が急激に低下する。いわゆる減磁という現象である。また、この減磁は、固定子２００からの磁界強度が高い回転子鉄心１０の外周側でより顕著に起こりうる。
【００７５】
一方、外部から磁界が印加されると、磁石２０の表面には渦電流を生じ、この電流量に応じて、外部磁界とは反対向きの反磁界が磁石に発生することは既に述べたとおりである。この反磁界の発生によって、磁石２０の減磁は緩和される。
【００７６】
しかし、図２Ａに示すように、磁石２０を複数の分割磁石２１で構成し、軸方向に隣り合う分割磁石２１の間に絶縁層４０を設けると、分割磁石２１の各々で発生する渦電流、ひいては反磁界は小さいものとなってしまう。このため、固定子２００で発生する磁界強度や磁石２０の保磁力の設定値等によっては、未分割の磁石よりも回転子鉄心外周側に近い側で減磁しやすくなり、電動機３００の性能、例えば、回転トルク等が低下してしまうことがありうる。
【００７７】
一方、本実施形態によれば、回転子鉄心１０の外周側に位置する第２磁石２３を軸方向に未分割の磁石とすることで、第２磁石２３で発生する渦電流及びこれに応じた反磁界を強めることができる。このことにより、固定子２００からの磁界により、第２磁石２３が減磁されるのを抑制できる。また、回転子鉄心１０の軸心側に位置する第１磁石２２を実施形態１に示す構成と同様とし、第２磁石２３と第１磁石２２との間に絶縁層４０を設けることで、第１磁石２２の着磁率を向上して、磁石２０の利用効率を高めることができる。このことにより、高い回転トルクの電動機３００を実現できる。
【００７８】
なお、第２磁石２３の径方向外側に位置する回転子鉄心１０の体積は小さいため、着磁の際に外部磁界が十分に磁石素材３０内に進入する。このため、第２磁石２３で発生する渦電流が大きくなっても、１回の着磁で十分に第２磁石２３を磁化できる。
【００７９】
なお、磁石挿入孔１２の第１部分１２ａまたは第１部分１２ｃに埋設された第１及び第２磁石２２，２３の外形は、上面視で第１部分１２ａまたは第１部分１２ｃの内周面に沿うように規定されている。
【００８０】
このようにすることで、実施形態１と同様に、高い充填率で磁石２０を配置でき、ひいては、電動機３００の回転トルクを高めることができる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、磁石２０における絶縁層４０の割合が低減するため、磁力を発生させる焼結体の割合が大きくなり、磁石２０の磁力を向上させることができる。
【００８２】
なお、第１磁石２２の径方向の長さＬ１と第２磁石２３の径方向の長さＬ２との比は、磁石２０の磁化のしやすさや減磁の度合い等に応じて設定される。また、第２磁石２３は軸方向に未分割でなくてもよく、分割されていてもよい。ただし、その場合に、第２磁石２３の側面の表面積は、第１磁石２２における１つの分割磁石２２ａの側面の表面積よりも大きくなるようにする。このようにすることで、第２磁石２３で発生する渦電流及び反磁界を高め、第２磁石２３が減磁されるのを抑制できる。また、第２磁石２３が軸方向に未分割、言いかえると、第２磁石２３の軸方向の長さが磁石挿入孔１２の軸方向の長さに略等しくなるようにすると、減磁の抑制度合いが向上するのは言うまでもない。
【００８３】
（その他の実施形態）
なお、変形例を含む上記実施形態１，２において、回転子１００は、回転子鉄心１２内に磁石２０が６個配置された６極構成であったが、特にこれに限定されず、例えば、図５に例示したような１０極構成であってもよい。また、４極構成や１２極構成等であってもよい。その場合は、固定子２００の歯部２２０や界磁コイル２４０の数等も適宜変更される。
【００８４】
また、実施形態１，２において、分割磁石素材３１を磁石挿入孔１２内に配置した後、外部から着磁して分割磁石２０を得ているが、着磁済の分割磁石２０を磁石挿入孔１２内に配置し、回転子１００を得ることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の回転子は、磁石の利用効率を高めて回転トルクを向上でき、電動機に適用する上で有用である。
【符号の説明】
【００８６】
１０    回転子鉄心
１１    貫通開口
１２    磁石挿入孔
１２ａ  ストレート部（第１部分）
１２ｂ  凸部
１２ｃ  第１部分
２０    磁石
２０ａ  ストレート部（第１部分）
２０ｂ  凸部
２０ｃ  第１部分
２１    分割磁石
２２    第１磁石
２３    第２磁石
３０    磁石素材
３１    分割磁石素材
４０    絶縁層
５０    回転軸（出力軸）
６０    ｄ軸磁束通路
６１    ｑ軸磁束通路
１００  回転子
２００  固定子
２１０  ヨーク部
２２０  歯部
２３０  磁心
２４０  界磁コイル
３００  電動機
４００  着磁装置
４１０  コイル
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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７Ａ】
2022002421.tif 000010
【図７Ｂ】
2022002421.tif 000011
【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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