(57)【要約】【課題】高トルク、低電磁音、低コギングトルク、及び、低渦電流損失を同時に満足する高出力モーターの提供。【解決手段】円筒状のステータと、ステータ内に配設されたロータとからなり、ロータはロータ鉄心とロータ鉄心の外周面に密着する多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石と前記凹部に配設される希土類焼結磁石の複合体とからなる高出力モーター。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のステータと、ステータ内に配設されたロータとからなり、ロータはロータ鉄心とロータ鉄心の外周面に密着する多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石と前記凹部に配設される希土類焼結磁石の複合体（以下、複合異方性磁石と記す）
とからなるモーター。
【請求項２】
円筒状のロータと、ロータ内に配設されたステータとからなり、ステータはステータ鉄心とステータ鉄心の外周面に密着する多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石と前記凹部に配設される希土類焼結磁石の複合体（以下、複合異方性磁石と記す）
とからなるモーター。
【請求項３】
前記複合異方性磁石の外周に外接した円周状希土類ボンド磁石とからなる請求項１に記載のモーター。
【請求項４】
前記複合異方性磁石と前記円周状希土類ボンド磁石の間に飛散防止用ネットを配設した請求項３に記載のモーター。
【請求項５】
前記円筒状希土類ボンド磁石の材質が異方性希土類ボンド磁石であり、極異方性配向若しくはラジアル異方性配向を有する請求項３に記載のモーター。
【請求項６】
モータ内でステータ内に配設されるロータであって、前記ロータはロータ鉄心とロータ鉄心の外周面に密着する多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付きリング状異方性希土類ボンド磁石と
前記凹部に配設される希土類焼結磁石
とからなるモーター用ロータ。
【請求項７】
多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付きリング状異方性希土類ボンド磁石と
前記凹部に配設される希土類焼結磁石
とからなる複合異方性磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＥＶ（電気自動車）用等の高トルクの必要な電動機械等の高出力のモータ、そのモータに使用されるロータ、及びそれらに使用される磁石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の高出力モータの一つであるＩＰＭモータの構造を示す。
ＩＰＭモータ８は高出力化のためＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に代表される希土類系焼結磁石８１を珪素鋼板等で形成されたローター８２の中に埋め込んで使用する構造を有する。
現状、高出力が必要とされる場合、最高磁力を有するＮｄＦｅＢ系の焼結磁石が使用されている。
ＩＰＭモータにおいては、磁石コストを安くするため通常直方体形状の磁石を一方向にアキシャル配向、着磁したものを使用しており、高トルクが得られるが、珪素鋼板を磁気回路に主として使用するため、電気角の変化に伴う表面磁束の分布において突極性を有するためモーターの電磁音が大きいという問題点がある。また、珪素鋼板内の渦電流損失を低減するため、珪素鋼板の厚みを０．３ｍｍ以下に低減する必要がある。前記対策をしたとしても、渦電流損失は、ＳＰＭモータに比べ劣っている。
【０００３】
図９は、もう一つの従来の高出力モータの一つであるＳＰＭモータ９の構造を示す。ＳＰＭモータも高出力化のため最高磁力を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石９１を珪素鋼板９２の表面に貼り付けて使用する構造を有する。
但し、コストアップ防止のため一方向にアキシャル配向、着磁したものを使用している。また、磁石は珪素鋼板等のローターの表面に貼り付ける必要があるが、かわら形状が必要なため磁石自体がコストアップになり、さらに、磁石の貼り付け工程が必要でありコストアップになる。また、欠けやすい焼結磁石が表面に出ているため、通常、飛散防止のためステンレスリングがＮｄＦｅＢ系の焼結磁石を覆っている。そのため電磁石で構成されるステータとの間のエアギャップが広くなり、ＩＰＭモータに対してモータ効率が若干劣る。しかし、磁石の表面磁束を直接使用しているため、突極性の問題は生じないため電磁音は小さい。また、極性Ｎ，Ｓを交互に変えてアキシャル磁石を貼り付けているため、電気角の変化に伴う表面磁束の分布において磁石接合部で極性が急激に変化し、コギングトルク特性が劣る。また、ＩＰＭモーターは、ＳＰＭモータよりは渦電流損失が少ないものの、モータ高出力化に伴い、更なる渦電流損失の低減が求められていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３５９９４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決し、高トルク、低電磁音、低コギングトルク、及び、低渦電流損失を同時に満足するモータ、モータ用ロータ、及び、複合異方性磁石を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、円筒状のステータと、ステータ内に配設されたロータとからなり、ロータはロータ鉄心とロータ鉄心の外周面に密着する多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石と前記凹部に配設される希土類焼結磁石の複合体とからなるモータで構成することにより達成される。
好ましくは、前記円筒状異方性希土類ボンド磁石と前記希土類焼結磁石の外周に外接した円周状希土類ボンド磁石を有することにより、希土類焼結磁石の飛散防止効果を得ることができる。
更に、前記凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石と前記希土類焼結磁石と前記円周状希土類ボンド磁石の間に飛散防止用ネットを配設することにより、希土類焼結磁石の飛散防止効果をより好ましくできる。
また、前記円筒状希土類ボンド磁石が、ラジアル異方性を有することにより、飛散防止効果を得つつ、より優れた高トルク特性を有することができる。
【０００７】
ロータに関しても、モータ内でステータ内に配設されるロータであって、前記ロータはロータ鉄心とロータ鉄心の外周面に密着する多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付きリング状異方性希土類ボンド磁石と前記凹部に配設される希土類焼結磁石とからなるモーター用ロータで構成することにより上記目的が達成される。
磁石構造においては、多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付きリング状異方性希土類ボンド磁石と前記凹部に配設される希土類焼結磁石とからなる複合異方性磁石で構成することにより上記目的が達成される。
なお、上記してきた本発明は、モータの回転体たるロータが内側にあるいわゆるインナーロータタイプで記載してきたが、本発明はそれに限られず、アウターロータタイプでも当然にその効果を発揮する。すなわち、本発明の上記目的は、円筒状のロータと、ロータ内に配設されたステータとからなり、ステータはステータ鉄心とステータ鉄心の外周面に密着する多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石と前記凹部に配設される希土類焼結磁石の複合体とからなるモータで構成することにより達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成されたモータの実施形態を説明する。
【実施例１】
本発明のモータの実施例１を図１、２に示す。
図１には、本発明に従って構成されたモータの断面図が示されている。
図示の実施形態におけるモータは、円筒状のステータ２とステータ２内に配設されたロータ３とを備えている。ステータ２は、電磁鋼板の積層体からなるステータ鉄心２１とステータ鉄心２１の内周部に配設されたコイル２２とを備えている。
【０００９】
ロータ３は、ロータ軸３１とロータ軸３１に装着されたロータ鉄心３２の外周面に密着し、複合異方性磁石部４からなる。複合異方性磁石部４は、２４極からなる極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石４１と、前記凹部に配設される希土類焼結磁石４２からなる。本実施例においては異方性希土類ボンド磁石４１と希土類焼結磁石４２は、接着剤にて接合され、接合された異方性希土類ボンド磁石４１の外周面と希土類焼結磁石４２の外周面は、一体となって円筒状となっている。この両者の接合は、希土類焼結磁石４２を中子とし，物理的な突起等を設け異方性希土類ボンド磁石４１との一体成形することでも可能である。
【００１０】
本構成により、高トルク、低電磁音、低コギングトルク、及び、低渦電流損失を同時に満足するモータ、モータ用ロータ、及び、複合異方性磁石を達成することができる。
よって、本発明の実施例１は、従来のＳＰＭモータに比べ、更に高トルク、低コギングトルク、低渦電流損失を満足し、従来のＩＰＭモータに比べ、更に低電磁音、高トルク、低渦電流損失を満足するという優れた効果を有する。
【００１１】
本発明の凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石４１の内部での磁束の流れは図３に示してある。矢印で示すように凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石４１においては各磁極間でＮ極からＳ極方向へ略半円弧状の磁場配向、着磁されている。また、異方性希土類ボンド磁石４１の凹部に配設される希土類焼結磁石４２は、コスト上からアキシャル配向、着磁されたものを使用している。この場合配向は、ラジアル配向が好ましい。
【００１２】
この異方性希土類ボンド磁石４１と希土類焼結磁石４２の組み合わせによる複合異方性磁石４による効果は、ボンド磁石で最強の異方性希土類ボンド磁石の動作点を上昇させ、かつ、エアギャップ長を縮めつつ、磁束が集中する磁極付近に磁力が最強の希土類焼結磁石を配置することにより、磁極部の表面発生磁束を増大させつつ、電気角方向の表面磁束分布が突極性を有さず、矩形的でもない略正弦波的形状にすることにより生じていると思われる。
【００１３】
さらに、希土類焼結磁石４２の電気角（円筒状の外周）方向の幅ｗは、磁極間距離ｌに対して、Ｘ値＝ｗ／ｌが１／１０≦ｗ／ｌ≦３／１０であるとよりコギングトルクの低下と高トルク化の面で好ましい。Ｘ値が１／１０未満では、十分な表面磁束の向上が得られず、３／１０を超えるとコギングトルクの低下の効果が少ない。
また、希土類焼結磁石４２の径方向の厚さｒは、凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石４１の径方向の厚さｔに対して、Ｙ値＝ｒ／ｔが１／１０≦ｒ／ｔ≦３／１０であるとよりコギングトルクの低下と高トルク化の面で好ましい。Ｘ値が１／１０未満では、十分な表面磁束の向上が得られず、３／１０を超えるとコギングトルクの低下の効果が少ない。
【００１４】
本発明の異方性希土類ボンド磁石は、異方性希土類磁石粉末とバインダーを主成分とし、その他、潤滑剤、表面活性剤等が含まれる。異方性希土類磁石粉末としては、ｄ−ＨＤＤＲ法等によって製造された、ＮｄＦｅＢ系異方性磁石粉末（ＮｄＦｅＢを主成分として、その他の公知の本成分系はすべて利用可能である。）や、ＳｍＦｅＮ系異方性磁石粉末（ＳｍＦｅＮを主成分として、その他の公知の本成分系はすべて利用可能である。）や、それらの混合磁気粉末が利用可能である。コストの面から、フェライト系の磁石粉末を利用することも可能である。
バインダーとしはポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド等の従来公知の任意の樹脂磁石用のバインダー材料が使用される。磁性自噴の配合比の割合は樹脂磁石の組成物の重量に対しおよそ７０〜９５ｗｔ％の範囲である。
潤滑剤としは、ステアリン酸や金属塩等が使用され、表面活性剤としては、シラン系及びチタネート系等が使用される。
【００１５】
異方性希土類ボンド磁石の好ましい特性としては、最大磁気エネルギー積で１４ＭＧＯｅ以上、更に好ましくは、１８ＭＧＯｅ以上、更に好ましくは２０ＭＧＯｅ以上である。
このような磁石を使用すると、高トルクを得ることができ、成形時に高い寸法精度が得られ、ステータとのエアギャップを大幅に縮めることができる。
また、希土類焼結磁石に比べ、磁石粉末が絶縁体であるバインダー中に分散しているため渦電流損失が低減できる。
なお、ロータ鉄心３２において、ロータ軸３１との間の部分には、軽量化のために空間を設けてある。ロータ鉄心３２の材質はＳ４５Ｃのバルク品である。更なる軽量化のためには、ロータ鉄心３２のロータ軸との接合部側の一部はプラスチックで形成されていてもよい。
【００１６】
【実施例２】
実施例２のモータを図４，５に示す。実施例２は実施例１の発明の外周、すなわち、複合異方性磁石４の外周に（前記円筒状異方性希土類ボンド磁石と前記希土類焼結磁石の外周に）外接した円周状希土類ボンド磁石５を有するモータである。
実施例２は、割れ、かけの恐れのある希土類焼結磁石４２の飛散を強度の優れる希土類ボンド磁石で覆うため磁石の飛散防止性に優れる。
【００１７】
複合異方性磁石４の外周に円筒状希土類ボンド磁石５を外接することにより、非磁性ＳＵＳリングを使用するのに比べ、自ら発生磁束を有する点で優れる。また、軟磁性もしくは半硬質材料を使用するのに比べ、モータが低電磁音で、材料のヒステリシスロスが低い点で優れる。
この場合、円周状希土類ボンド磁石５の磁石粉末原料は、等方性磁石粉末でも異方性磁石粉末でもよい。また、円周状希土類ボンド磁石５の異方化のための磁場配向が無くてもよい。本実施例２の場合、等方性磁石粉末を使用した円周状希土類ボンド磁石５を実施例２のような配置で着磁用金型にセットして、着磁することにより円周状希土類ボンド磁石を極異方配向で着磁して使用している。
本実施例２の構成により、高トルク、低電磁音、低コギングトルク、及び、低渦電流損失に加え、更に、焼結磁石の高い飛散防止性と低ヒステリシスロスを同時に満足するモータ、モータ用ロータ、及び、複合異方性磁石を達成することができる。
【００１８】
次に、実施例２の変形態様を２つ示す。希土類焼結磁石の飛散防止性を更に向上させるには、図６に示すように、凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石４１と希土類焼結磁石４２の複合体である複合異方性磁石４と円筒状希土類ボンド磁石５の間に飛散防止用ネット６を配設すると好ましい。
また、円筒状希土類ボンド磁石５中に飛散防止用ネット６が埋め込まれた状態にあることが好ましい。
【００１９】
本実施例２において更にモータのトルク特性を向上させるには、前記円筒状希土類ボンド磁石５を円筒状異方性希土類ボンド磁石とし、極異方性配向もしくはラジアル異方性配向することが好ましい。図７に示すように、前記円筒状希土類ボンド磁石５を異方性希土類ボンド磁石とし、かつ、極異方性配向した場合には、更なる高トルク化を達成でき、低コギングトルクを維持できる。これは、複合異方性磁石からの表面磁束成分を有効に取り出すことができるからである。その他、円筒状希土類ボンド磁石５は、等方性希土類ボンド磁石を使用したり、異方性希土類ボンド磁石を使用した場合には、無配向、アキシャル配向等でしてもよい。実施例の場合、着磁は、着磁用金型に図５，７に示すように磁石をセットして極異方性配向に沿った外部磁場を形成するように着磁する。
【００２０】
【本発明の効果】
円筒状のステータと、ステータ内に配設されたロータとからなり、ロータはロータ鉄心とロータ鉄心の外周面に密着する多磁極の極異方性配向を有し、かつ、前記各磁極部に凹部を有する凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石と前記凹部に配設される希土類焼結磁石の複合体とからなるモータで構成することにより、高トルク、低電磁音、低コギングトルク、及び、低渦電流損失を同時に満足する非常に優れたモータ、モータ用ロータ、及び、複合異方性磁石を提供できることにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のモータの断面図
【図２】本発明の実施例１のモータの拡大断面図
【図３】本発明の実施例１の複合異方性磁石の磁場配向を示す拡大断面図
【図４】本発明の実施例２のモータの断面図
【図５】本発明の実施例２のモータの拡大断面図
【図６】本発明の実施例２の変形態様である飛散防止用ネットを使用した場合のモータの拡大断面図
【図７】本発明の実施例２の複合異方性磁石の磁場配向を示す拡大断面図
【図８】従来技術のＩＰＭモータの断面図
【図９】従来技術のＳＰＭモータの断面図
【符号の説明】
２  ステータ  、３  ロータ、４  複合異方性磁石、５  円筒状希土類ボンド磁石、６  飛散防止用ネット、２１  ステータ鉄心、２２  コイル、３１  ロータ軸、３２  ロータ鉄心、４１  凹部付き円筒状異方性希土類ボンド磁石、４２希土類焼結磁石
【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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