(57)【要約】【課題】配向磁場源に永久磁石を用いつつ、ボンド磁石の充填成形時により高い配向磁場をロータコアのスロットへ印加できる内包磁石型モータ用ロータの製造装置を提供する。【解決手段】本発明は、回転中心軸の周囲に複数均等に配設されたスロット（ｓ１等）を有するロータコア（Ｒ）を収容する円筒状の収容部（１０）と、スロットへ印加する配向磁場を誘導する配向ヨーク（Ｍ）と、配向磁場の起磁源である配向用永久磁石（ｍ１１〜ｍ６２）とを備える。配向ヨークは、収容部の外周側に配設されると共に周方向の均等な複数位置から径方向へ放射状に延在する板状の配向翼（１１〜１６）からなる。そして本発明に係る配向翼は、収容部側にある径方向の内端部（１１ａ〜１６ａ）よりも径方向の外側で軸方向幅が拡大していることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心軸の周囲に複数均等に配設されたスロットを有するロータコアを収容する円筒状の収容部と、
該スロットへ印加する配向磁場を誘導する配向ヨークと、
該配向磁場の起磁源である配向用永久磁石とを備え、
異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる異方性ボンド磁石が該ロータコアのスロット内に配向磁場中で充填成形されてなる内包磁石型モータ用ロータの製造装置であって、
前記配向ヨークは、該収容部の外周側に配設されると共に周方向の均等な複数位置から径方向へ放射状に延在する板状の配向翼からなり、
前記配向用永久磁石は、該配向翼の周方向側面の両側に同じ磁極を対面させた一対の周方向磁石を該配向翼毎に備え、
該配向翼は、該収容部側にある径方向の内端部よりも径方向の外側で軸方向幅が拡大していることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項２】
前記配向翼の軸方向幅は、前記内端部から径方向の所定位置まで単調増加している請求項１に記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項３】
前記配向翼は、前記軸方向幅が前記内端部から径方向の外端部まで一定割合で増加するテーパ状である請求項２に記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項４】
前記配向翼は、周方向幅が内端部から径方向の外側にかけて減少している尖塔状である請求項１〜３のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項５】
前記周方向磁石は、軸方向幅が一定である請求項１〜４のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項６】
前記周方向磁石の軸方向幅は、前記配向翼の軸方向幅以上である請求項１〜４に記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項７】
前記配向翼の周方向側面の両側に配置される周方向磁石から供給される総磁束量は、該配向翼の内端部における飽和磁化以下である請求項１〜６のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項８】
前記配向用永久磁石は、さらに、前記配向翼の周方向側面に対面している磁極と同じ磁極を該配向翼の軸方向側面の両側に対面させた一対の軸方向磁石を該配向翼毎に備える請求項１〜７のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項９】
前記異方性磁石粒子は、希土類異方性磁石粒子を含む請求項１〜８のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の製造装置を用いた内包磁石型モータ用ロータの製造方法であって、
前記収容部内に前記ロータコアを緩挿して収容する収容工程と、
該収容部に収容された該ロータコアのスロット内に前記配向磁場を印加しつつ前記異方性磁石粒子と前記バインダ樹脂の混合物を加圧充填する充填工程と、
該充填工程後のロータコアを該収容部から取り出す取出工程と、
を備えることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造方法。
【請求項１１】
円筒状または円柱状の磁石部材を収容する円筒状の収容部と、
該磁石部材へ印加する磁場を誘導するヨークと、
該磁場の起磁源となる永久磁石と、
を備える磁石部材の製造装置であって、
前記ヨークは、該収容部の外周側に配設されると共に周方向の均等な複数位置から径方向へ放射状に延在する板状の翼片からなり、
前記永久磁石は、該翼片の周方向側面の両側に同じ磁極を対面させた一対の周方向磁石を該翼片毎に備え、
該翼片は、該収容部側にある径方向の内端部よりも径方向の外側で軸方向幅が拡大していることを特徴とする磁石部材の製造装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製造装置を用いた磁石部材の製造方法であって、
前記収容部内に前記磁石部材を緩挿して収容する収容工程と、
該収容部に収容された該磁石部材に磁場を印加して配向または着磁を行う磁場印加工程と、
を備えることを特徴とする磁石部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方性ボンド磁石を内包した内包磁石型モータ用ロータ等に好適な製造装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機（発電機を含めて単に「モータ」という。）には種々のタイプがある。最近ではインバータ制御の発達と高磁気特性の希土類磁石の普及に伴い、省電力、高効率、高トルクまたは高出力が望める同期機が着目されている。
【０００３】
同期機は、界磁用の永久磁石を回転子（ロータ）、電機子巻線（コイル）を固定子（ステータ）とするモータであって、その電機子巻線に多相交流（ＡＣ）が供給されて固定子に生じた回転磁界により回転するモータである。同期機には、界磁用の永久磁石が回転子の表面に配設された表面磁石型モータ（ＳＰＭ）と、その永久磁石が回転子の内部に配設された内包（埋込）磁石型モータ（ＩＰＭ）とがあるが、現在では永久磁石の飛散防止を図れる高信頼性のＩＰＭが主流となりつつある。
【０００４】
従来のＩＰＭでは、ロータコア内のスロットに所定の寸法に切削や研磨等された希土類焼結磁石が挿入されたロータを用いていた。しかし、焼結磁石は形状自由度が小さく、またスロットへ挿入する際に欠損等が生じ易い。そこで異方性磁石粉末とバインダ樹脂からなるボンド磁石をスロットに配向磁場中で充填成形してなるロータが、ＩＰＭに採用されるようになってきた。このようなロータの製造装置（方法）に関連した記載が、例えば、下記の特許文献にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−４７２１２号公報
【特許文献２】特開平５−９００５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
引用文献１では、ロータコアを収容する下型に配置した永久磁石（配向磁場源）とポールピース（配向ヨーク）によりロータコアのスロットへ配向磁場を印加して、ボンド磁石の充填成形を行っている。配向磁場源に永久磁石を用いることにより、装置（金型）の小型化、多数個取り、汎用成形機の活用等を図ることが可能となる。
【０００７】
もっとも、電磁石ではなく永久磁石を配向磁場源とする場合、配向磁場が必ずしも十分ではないため、引用文献１では、各ポールピースの周方向両側に、一対の永久磁石を同極を対向させて配置し、ポールピースへ供給する磁束量の確保と配向磁場に活用されない漏洩磁束の低減を図っている。
【０００８】
また、引用文献２は、ＩＰＭの製造装置ではないが、多極異方性円筒状磁石を製造する際の配向装置（金型）を提案している。この配向装置では、同極を対向させて配置した永久磁石（配向磁場源）に挟持されるヨークの周方向幅を拡径方向に狭めると共に、そのヨークの軸方向両端にも同極を対向させた別の永久磁石を配置している。こうして引用文献２では、漏洩磁束をより一層低減し、射出成形されるキャビティ（スロット）へ印加する配向磁場の増大を図っている。
【０００９】
しかし、非常に大きい保磁力を発揮する希土類異方性磁石粒子を用いたボンド磁石を磁場中成形するような場合、従来の配向装置等でも、配向磁場が未だ必ずしも十分ではない。特に、汎用の射出成形機等を用いる場合、配向用永久磁石や配向ヨークの大きさ（体格）が所定範囲内に制約されるため、従来以上に配向磁場を高めることは容易ではなかった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、配向磁場源に永久磁石を用いつつ、ボンド磁石の充填成形時により高い配向磁場をロータコアのスロットへ印加できる内包磁石型モータ用ロータ等に好適な製造装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、配向ヨークの軸方向幅（高さ）を径方向外側で大きくし、永久磁石から供給される磁束を収容部側にある径方向の内端部へ集束（集磁）させて、配向ヨークからロータコアのスロットへ効率的に大きな配向磁場を印加させることを思いついた。この着想が有効であることを確認すると共にこの着想を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成させるに至った。
【００１２】
《内包磁石型モータ用ロータの製造装置》
（１）本発明の内包磁石型モータ用ロータの製造装置は、回転中心軸の周囲に複数均等に配設されたスロットを有するロータコアを収容する円筒状の収容部と、該スロットへ印加する配向磁場を誘導する配向ヨークと、該配向磁場の起磁源である配向用永久磁石とを備え、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる異方性ボンド磁石が該ロータコアのスロット内に配向磁場中で充填成形されてなる内包磁石型モータ用ロータの製造装置であって、前記配向ヨークは、該収容部の外周側に配設されると共に周方向の均等な複数位置から径方向へ放射状に延在する板状の配向翼からなり、前記配向用永久磁石は、該配向翼の周方向側面の両側に同じ磁極を対面させた一対の周方向磁石を該配向翼毎に備え、該配向翼は、該収容部側にある径方向の内端部よりも径方向の外側で軸方向幅が拡大していることを特徴とする。なお、本明細書では適宜、内包磁石型モータ用ロータを単に「ＩＰＭ」、内包磁石型モータ用ロータを単に「ロータ」といい、内包磁石型モータ用ロータの製造装置を単に「ロータ製造装置」という。
【００１３】
本発明のロータ製造装置では、配向ヨークを構成する各配向翼が、ロータコアの収容部側にある径方向の内端部よりも径方向の外側で軸方向幅に拡大（拡張）している。これを逆にみれば、径方向の外側から内端部にかけて絞られた形状となっている。このため各配向翼の周方向側面の両側になる周方向磁石から供給された磁束は、ロータコアに最も近い内端部に集束（集磁）するようになる。この内端部による集磁作用により、永久磁石を配向磁場源としつつも、ロータコアのスロットへより強い配向磁場を効率的に印加することができる。
【００１４】
ちなみに、配向翼が径方向の内端部よりも径方向の外側で軸方向幅に拡大しているため、各配向翼に対面する周方向磁石の容積の増大化ひいては総磁束量の増大化も図り易く、各配向翼からロータコアのスロットへより大きな配向磁場を印加することも容易である。但し、配向翼の周方向側面の両側に配置される周方向磁石は、その供給する総磁束量が少なくとも配向翼の内端部の磁性材が飽和磁化に達する程度の大きさ（体積量）であると好ましい。更に、好ましくは、ロータコアの配向成形時に、配向翼に対面するロータコアのスロットの径方向外周側からロータコア外周部に渡る部分の材料が飽和磁化に達すること望ましく、そのためには、上記、配向翼の多くの部分の材料が飽和磁化に達することが望ましい。
【００１５】
こうして本発明のロータ製造装置によれば、専用または汎用の射出成形機、トランスファ成形機または圧縮成形機等のいずれを用いる場合でも、異方性磁石粒子が十分に配向したボンド磁石をスロットに有するロータが得られ、ＩＰＭの高性能化が図られる。
【００１６】
なお、本発明に係る収容部は、ロータコアを収容できる円筒空間が形成されていればよく、収容部を構成する専用部材は必須ではない。例えば、各配向翼と各周方向磁石の内周端面により収容部が形成されてもよい。勿論、非磁性材からなる薄肉円筒部材（非磁性リング）等を別途設けて収容部を形成し、その外周側に各配向翼および各周方向磁石を配置してもよい。
【００１７】
さらにいえば、各配向翼が収容部を構成する円筒部と一体になっていてもよい。この場合、その円筒部で磁気短絡（磁気閉回路）が生じないように、配向翼の内端部が連なる部分は低磁気抵抗（透磁部）とし、それ以外の部分（周方向磁石の内周側面が接する部分）は高磁気抵抗（蔽磁部）として、それら周方向に交互に均等に配設された状態とすればよい。磁気抵抗の調整は、肉厚調整や非磁性改質等により容易に行うことができる。
【００１８】
ちなみに配向翼の内端部の周方向幅は、ロータのスロット幅に応じて適宜調整される。配向磁場をスロット内へ有効に誘導するため、その内端部の周方向幅は、ロータの最外周側にあるスロットの最大内幅以下であると好ましい。なお、本明細書では、適宜、収容部と配向ヨーク、さらには配向用永久磁石を併せて「配向金型」という。
【００１９】
《内包磁石型モータ用ロータの製造方法》
本発明は、上述した製造装置としてのみならず、その製造装置を用いた内包磁石型モータ用ロータの好適な製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、前記収容部内に前記ロータコアを緩挿して収容する収容工程と、該収容部に収容された該ロータコアのスロット内に前記配向磁場を印加しつつ前記異方性磁石粒子と前記バインダ樹脂の混合物を加圧充填する充填工程と、該充填工程後のロータコアを該収容部から取り出す取出工程と、を備えることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造方法としても把握できる。
【００２０】
《磁石部材の製造装置および製造方法》
本発明は、上述した内包磁石型モータ（ＩＰＭ）用ロータの配向のみならず、表面磁石型モータ（ＳＰＭ）用ロータの配向、それらロータの内包磁石または表面磁石の着磁、さらには多極型円筒状磁石の配向または着磁等にまで拡張することができる。
【００２１】
そこで本発明は、円筒状または円柱状の磁石部材を収容する円筒状の収容部と、該磁石部材へ印加する磁場を誘導するヨークと、該磁場の起磁源となる永久磁石と、を備える磁石部材の製造装置であって、前記ヨークは、該収容部の外周側に配設されると共に周方向の均等な複数位置から径方向へ放射状に延在する板状の翼片からなり、前記永久磁石は、該翼片の周方向側面の両側に同じ磁極を対面させた一対の周方向磁石を該翼片毎に備え、該翼片は、該収容部側にある径方向の内端部よりも径方向の外側で軸方向幅が拡大していることを特徴とする磁石部材の製造装置としても把握できる。
【００２２】
また本発明は、上記の製造装置としてのみならず、それを用いた製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、上記の製造装置を用いた磁石部材の製造方法であって、前記収容部内に前記磁石部材を緩挿して収容する収容工程と、該収容部に収容された該磁石部材に磁場を印加して配向または着磁を行う磁場印加工程と、を備えることを特徴とする磁石部材の製造方法でもよい。
【００２３】
なお、ここでいう磁石部材は、ＩＰＭ若しくはＳＰＭのロータまたはロータコア、多極型円筒状磁石またはそのプリフォーム等であり、磁石材そのものからなる場合の他、磁石が配設される前のロータコア等も含まれる。要するに、上述した磁石部材の収容工程後に、配向または着磁された永久磁石を伴うものであればよい。また、ヨーク、翼片または永久磁石の代表例は、それぞれ上述した配向ヨーク、配向翼または配向用永久磁石である。
【００２４】
例えば、ＳＰＭ型モータ用ロータを製造する場合、上述した磁石部材の製造方法は、収容部内にロータコアのみを緩挿して収容する収容工程と、該収容されたロータコアと該収容部との隙間（キャビティ）に配向磁場を印加しつつ、異方性磁石粒子とバインダ樹脂の混合物を加圧充填する充填工程と、該充填工程後のロータコアを該収容部から取り出す取出工程と、を備えることを特徴とするＳＰＭ型モータ用ロータの製造方法としても把握できる。
【００２５】
《その他》
（１）本発明に係る各配向翼はそれぞれ、通常、同形状であり、また各周方向磁石もそれぞれ、通常、同形状である。周方向で対面する配向翼と周方向磁石の各軸方向端面は、滑らかに（例えば面一状に）接続されていてもよいし、周方向磁石の軸方向幅が一定でその軸方向端面が平坦であってもよい。後者の場合、周方向磁石（配向用永久磁石）の製作が容易となり好ましい。特に、周方向磁石の軸方向幅が配向翼の軸方向幅以上あると好ましい。このとき、配向翼の軸方向端側の漏洩磁束が抑制され、また、配向翼が外径側で軸方向に突出せず、ロータ製造装置の取扱性が向上する。なお、配向翼と周方向磁石の各外周側面は、滑らかに（例えば面一状に）接続されていても良いし、漏洩磁束の低減または配向磁場の強化等を図れる形状（例えば凹凸状）で接続されていてもよい。
【００２６】
（２）本発明は、配向用永久磁石の磁束を効率的に特定位置に誘導できる配向ヨーク（特に配向翼）の形状に特徴がある。従って、その特徴を有する限り、本発明はＩＰＭ用ロータの製造装置（配向装置）としてのみならず、多極異方性円筒状磁石等の製造装置（配向装置）さらには着磁装置等としても把握可能である。
【００２７】
（３）本明細書では、各部材の形状等を表現するために、適宜、円筒座標（ｒ、θ、ｚ）を用いる。具体的にいうと、収容部を構成する円筒軸（回転中心軸）をｚ軸とし、ｚ方向を単に軸方向という。また、ｚ方向に直交するｒ方向を単に径方向といい、ｚ軸まわりのθ方向を単に周方向という。なお、半径（ｒ）の小さい側（中心側）を単に「内側」、半径（ｒ）の大きい側を単に「外側」ともいう。また、各部材において、最小半径部分を内端部、最大半径部分を外端部ともいう。
【００２８】
（４）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を、新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例である配向金型を示す４／６カットモデルの斜視図である。
【図２】その配向金型に作用する配向磁場を模式的に示す平面図である。
【図３】その配向金型に作用する配向磁場を模式的に示す断面図である。
【図４Ａ】三次元静磁場解析に用いた実施例に係る４／６カットモデルの斜視図である。
【図４Ｂ】その解析に用いた比較例に係る４／６カットモデルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本明細書中に記載した事項から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を上述した本発明の構成に付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。製造方法に関する構成要素は、プロダクトバイプロセスクレームとして理解すれば物に関する構成要素ともなり得る。
【００３１】
《配向ヨーク》
配向ヨークは、ロータのスロットへ印加する配向磁場を効率的に誘導する部材であり、収容部の外周側の均等な複数位置から拡径方向へ延在する複数の配向翼からなる。これら配向翼は板状であり、製作が容易であると共に周方向磁石に対面して周方向磁石から効率的に磁束が供給され易い。さらに本発明に係る配向翼は、収容部側にある径方向の内端部よりも径方向の外側で軸方向幅が拡大している。内端部による集磁効果により増大した総磁束量を大きな配向磁場としてスロットへ効率的に供給できる。
【００３２】
ところで各配向翼の軸方向幅（適宜、単に「高さ」という。）が内端部から拡径方向側にかけて増加する形態は種々考えられる。例えば、その高さは、内端部から径方向の所定位置（例えば外端部）まで（滑らかに）単調増加していると好ましい。この場合、配向翼の内端部から外端部に至る途中に、高さの変化率（ｆ’）が０となる部分（高さが一定な部分）があってもよい。配向翼の高さが径方向に単調増加（ｆ’≧０）する場合、その増加パターンは直線状（ｆ’が一定）でも、上に凸状な曲線状（ｆ’が単調減少）でも、下に凸状な曲線状（ｆ’が単調増加）でもよい。
【００３３】
配向翼は、その高さが内端部から径方向の外端部またはその近傍まで一定割合で増加するテーパ状であると、配向翼や周方向磁石の製作が容易となり好ましい。なお、テーパの傾斜度（軸方向の変化量Δｚ／径方向の変化量Δｒ）は適宜調整され得るが、例えば、０．１〜１さらには０．３〜０．８であると好ましい。それが過小では装置（配向金型）が径方向に大型化し、過大では装置が軸方向に大型化する。また、配向翼の高さの変化が急激であると、配向翼の外径側から内径側へ至る集磁効果が低下して、効率的な配向磁場の向上を図れない。そこで配向翼の高さは、内端部から外端部の間で滑らかに変化していると好ましい。
【００３４】
このように配向翼の軸方向上下端は径方向に変化するが、配向翼自体は略台形（ｒ−ｚ断面）の板状となっており、通常、その軸方向幅の最小部分が内端部となる。配向翼と収容部が一体的である場合なら、周方向断面が急変する境界部分を配向翼の内端部と考えればよい。内端部の軸方向幅（高さ）は、少なくともロータコアの高さ以上であると好ましい。これによりロータコアのスロットの上下端近傍にも強い配向磁場を安定して供給できる。配向翼の内端部の高さは、ロータコアの高さよりも２０％以上高いと好ましい。但し、配向翼の内端部の高さがロータコアの高さの３０％を超えると、上記の効果は飽和傾向となる。
【００３５】
配向翼の周方向幅は、軸方向幅とは逆に、内端部から径方向の外側にかけて減少している尖塔状であると好ましい。これにより、装置（金型）の大型化を回避しつつ、各配向翼間に挟持できる周方向磁石の容積増大を図れ、ひいてはスロットへ印加する配向磁場の強化を図れる。
【００３６】
《配向磁場源》
配向磁場源には、励磁コイルを用いることもできるが、希土類焼結磁石などの永久磁石を用いることにより、ロータ製造装置のコンパクト化や省エネルギー化を図れる。永久磁石を用いる場合、配向磁場を高めるために、配向翼の対向側面に同極を対面させて永久磁石を配置すると好適である。すなわち、配向用永久磁石は、配向翼の周方向側面の両側に同じ磁極を対面させた一対の周方向磁石が配向翼毎に設けられたものであると好ましい。
【００３７】
この際、隣接する配向翼間に配設される周方向磁石は単体でも良いし、複数体（分割した永久磁石を配列したもの）でもよい。周方向磁石が複数体からなる場合、各分割された各永久磁石の磁化方向（Ｎ極からＳ極へ向かう方向）は、配向翼へ誘導される配向磁場が極大となるように調整されると好適である。例えば、隣接する配向翼間に分割された二つの永久磁石を配置する場合、各永久磁石の磁化方向は配向翼の周方向側面に直交すると好ましい。
【００３８】
なお、その配向用永久磁石は、周方向両側で対向するのみならず、軸方向（上下方向）の両端面側でも対向していると好ましい。すなわち、配向用永久磁石は、配向翼の周方向側面に対面している磁極と同じ磁極を配向翼の軸方向側面の両側に対面させた一対の軸方向磁石を配向翼毎に備えると好ましい。配向翼の各側面を永久磁石の同極で囲繞することにより、漏洩磁場を低減してロータコアへ誘導する配向磁場を強化できる。さらに、配向磁場の漏洩を防ぐため、配向翼の最外周側は非磁性部材（空気を含む）等であると好ましい。
【００３９】
《ロータコア》
ロータコアは、軟磁性材からなり、通常、両面を絶縁被覆した電磁鋼板の積層体や絶縁被覆された金属粒子を加圧成形した圧粉磁心等からなる。軟磁性材は、その材質を問わないが、例えば、純鉄、ケイ素鋼、合金鋼等の鉄系材であると好ましい。
【００４０】
ロータコアの回転中心の周囲に均等に配設されるスロットは、少なくとも２以上あれば、その形状や数は問わない。例えば、中心から半径方向へ直線状に延在する放射型スロットでも良いし、内周側に凸な形状をした凸型スロットでも良い。凸型スロットは、滑らかな曲線形状からなると、スロット全体に高い配向磁場を均一的に作用させることができて好ましい。具体的には、内周側へ緩やかに湾曲した湾曲スロット（Ｕ字型スロット、Ｖ字型スロット等を含む）が好ましい。また同様な観点から、スロットは均一的な溝幅からなると好ましい。逆にいうと、印加した配向磁場が局所的に集中し易い急激な形状変化や寸法変化がないほど好ましい。さらにスロットは、半径方向に複数ある多層型スロットでもよい。多層型スロットにすると、リラクタンストルクの増大を図れる。多層型スロットの層数は問わないが、２層または３層であると、同期機の特性と生産性の両立を図れて好ましい。
【００４１】
《異方性ボンド磁石》
ロータコアのスロットに充填成形される異方性ボンド磁石は、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる。異方性磁石粒子は、その種類を問わないが、少なくともその一部が高性能な希土類異方性磁石粒子であると好ましい。希土類異方性磁石粒子は、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粒子、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粒子、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粒子等であると好ましい。異方性磁石粒子は、一種のみならず複数種からなってもよい。複数種の磁石粒子は、成分組成が異なるものに限らず、粒径分布が異なるものでもよい。例えば、本発明に係る異方性磁石粒子は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の粗粉と微粉の混合粉末からなってもよいし、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の粗粉とＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石の微粉の混合粉末からなってもよい。このような混合粉末を用いることにより、ボンド磁石内における磁石粒子の充填率を向上させることができ、ボンド磁石の高磁束密度化ひいてはロータの高性能化とコンパクト化の両立を図ることが可能となる。なお、本発明に係るボンド磁石は、各種の等方性磁石粒子やフェライト磁石粒子等を混在させたものでもよい。
【００４２】
バインダ樹脂には、ゴムを含む公知の材料を用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリル/スチレン樹脂、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート、メチルペンテン、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリテトラフロロエチレン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂を用いると好ましい。またエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ジリアルフタレート樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂も適宜用いることができる。
【００４３】
スロット内における異方性ボンド磁石の充填成形は、射出成形やトランスファ成形、圧縮成形によりなされる。射出成形及びトランスファ成形は、例えば、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる原料ペレット等を加熱溶融させた溶融混合物を、配向磁場を印加したスロットへ充填した後、冷却固化させてなされる。圧縮成形は、例えば、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる原料プリフォーム等を、スロットで加熱溶融させて磁場中成形した後に冷却固化させてなされる。成形条件は適宜調整されるが、例えば射出成形を行う場合なら、異方性磁石粒子のキュリー点未満である２８０〜３１０℃程度に加熱された溶融混合物をスロットへ射出充填した後、１４０〜１６０℃程度に冷却固化してスロット内に異方性ボンド磁石が形成される。なお、バインダ樹脂に上述の熱硬化性樹脂を用いた場合は、冷却固化に換えて、もしくは冷却固化後に加熱固化（キュア処理）するとよい。
【００４４】
《内包磁石型モータ（ＩＰＭ）》
本明細書でいうモータには、特に断らない限り、電動機の他に発電機（ジェネレータ）も含まれる。本明細書でいうＩＰＭには、固定子に設けたコイル（電機子巻線）へ供給する交流電流の周波数に同期して回転数が変化する本来的な同期機の他、ホール素子、ロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出手段により検出されたロータの位置に基づいて固定子側に回転磁界を生じさせるブラシレス直流（ＤＣ）モータ等も含まれる。ちなみに、ブラシレスＤＣモータは、インバータに供給する直流電圧を変化させて回転数を変化させ得るので、通常の直流モータと同様に制御性に優れる。
【００４５】
本発明に係るＩＰＭの用途は問わないが、例えば、電気自動車、ハイブリッド車若しくは鉄道車両等に用いられる車両駆動用モータ、エアコン、冷蔵庫若しくは洗濯機等に用いられる家電製品用モータなどに好適である。
【実施例】
【００４６】
本発明のロータ製造装置に係る一実施例である配向金型Ｍ１の４／６カットモデルの斜視図を図１に示した。配向金型Ｍ１は、内包磁石型モータ（ＩＰＭ）に用いられる円筒状の６極ロータを製造するために用いられる。具体的にいうと、ロータコアＲの中央に設けたシャフト穴ｈの周囲に均等なピッチで配設されたスロットｓ１〜ｓ６（ｓ５およびｓ６と、それらに対応する他の部分は適宜、図示を省略する。）に、希土類異方性ボンド磁石を磁場中で射出成形するために用いられる。
【００４７】
なお、図示していないが、本実施例に係るロータ製造装置は、希土類異方性磁石粉末とバインダ樹脂からなるペレットを加熱溶融した溶融混合物を所定圧で射出する射出装置と、配向金型Ｍ１の上方側に配置され各スロットｓ１〜ｓ６へその溶融混合物を誘導する上金型と、配向金型Ｍ１の下方側に配置され配向金型Ｍ１を支持すると共に各スロットの下方開口を閉口する下金型と、各金型の拘束（型締め）または解放をする駆動装置等を備える。なお、射出成形後のロータコアＲは各金型を通じて冷却される。
【００４８】
配向金型Ｍ１は、外径方向へ放射状に突出した６つの板状の配向翼１１〜１６（適宜、まとめて「配向ヨークＹ」という。）と、配向翼１１〜１６の内端壁面（内端部１１ａ〜１６ａ）が当接する非磁性材（ステンレス鋼等）からなる薄肉の円筒体１０（収容部）と、配向翼１１〜１６の隣接間に配置される配向磁場源となる周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２（適宜、まとめて「配向用永久磁石Ｍ」という。）とを備える。なお、ロータコアＲは、円筒体１０内に配置される。
【００４９】
周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２は、それぞれ、配向翼１１〜１６の周方向の対向側面に同極を対面させて配置されている。例えば、配向翼１１の周方向の両側面には周方向磁石ｍ１１と周方向磁石ｍ１２のＳ極がそれぞれ接しており、配向翼１２の周方向の両側面には周方向磁石ｍ２１と周方向磁石ｍ２２のＮ極がそれぞれ接している（図２参照）。また、配向翼の隣接間にある永久磁石同士（例えば、周方向磁石ｍ１２と周方向磁石ｍ２１）は、異極（Ｎ極とＳ極）を接して配置されている。このようにして各配向翼１１〜１６の間に、各周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２が実質的に隙間無く装填された状態となっている。ちなみに本実施例に係る配向用永久磁石Ｍは全て希土類焼結磁石である。
【００５０】
ところで、配向翼１１〜１６は、図１の断面図から明らかなように、内端部１１ａ〜１６ａから拡径方向に沿って、軸方向幅（高さ）が一次的（直線的）に大きくなるテーパ状であると共に、周方向幅が小さくなる尖塔状である。配向翼１１〜１６の軸方向端面は、外周側から内周側にかけて傾斜した平坦面（テーパ面）となっている。なお、配向翼１１〜１６の内端部１１ａ〜１６ａの高さ（Ｙｉ）は、円筒体１０と同じ高さとなっているが、ロータコアＲの軸方向幅（Ｒｉ）よりは、２５％（１００×（Ｙｉ−Ｒｉ）／Ｒｉ）大きくなっている。
【００５１】
周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２の軸方向両端面も、外周側から内周側にかけて傾斜した平坦面（テーパ面）となっており、配向翼１１〜１６の軸方向両端面と段差無く滑らかに接続されている。なお、配向翼１１〜１６および周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２の各軸方向端面は、製作（加工）を容易とするために平坦面としたが、外周側から内周側にかけて傾斜した円錐曲面状等にしてもよい。いずれにしても、周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２から供給された磁束は、配向翼１１〜１６を介して収集され、内端部１１ａ〜１６ａで集磁されて、ロータコアＲの各スロットｓ１〜ｓ６へ配向磁場として印加される。この様子を図３に示した。
【００５２】
なお、配向翼１１〜１６の外径側先端部が、周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２の外周面から突出した形状となっているのは、配向ヨークＹの組付性の確保（位置決め）のためである。また、本実施例では、配向翼１１〜１６の軸方向端面上に配向用永久磁石（軸方向磁石）を配置していない場合を示したが、配向翼１１〜１６の軸方向端面を覆うような軸方向磁石を配置すれば、供給磁束量の増加と漏洩磁束の低減により、配向磁場のさらなる強化も図れる。その際、配向翼１１〜１６の周方向側面に配置した周方向磁石の磁極を考慮して、配向翼１１〜１６の各面に配向用永久磁石の同極を対面させるとよい。この点は後述する配向金型Ｍ２についても同様である。
【００５３】
軸方向磁石は、配向翼１１〜１６の軸方向端面のみを覆う形状（大きさ）でもよいが、周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２の軸方向端面をも覆う形状としてもよい。後者の場合、周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２の磁極と同様に、各配向翼１１〜１６へ供給される磁束量の増大と漏洩磁束の低減を図る向きとするとよい。なお、周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２は、軸方向に延長して、それらの軸方向端面が配向翼１１〜１６の軸方向端面を超えるものでもよい。いずれにしても、配向金型Ｍ１の軸方向端面が連続した平坦面となるように、配向用永久磁石Ｍと配向ヨークＹの各形状が選択されると、配向金型Ｍ１の射出成形装置への取付性等が向上して好ましい。この点も、後述する配向金型Ｍ２について同様である。
【００５４】
《評価》
上述した配向金型Ｍ１（第１実施例）の他に、配向用永久磁石（周方向磁石）または配向ヨーク（配向翼）の形状を変更した配向金型Ｍ２（第２実施例）と配向金型ＭＣ（比較例）を用意した。配向金型Ｍ２の４／６カットモデルの斜視図を図４Ａに、配向金型ＭＣの４／６カットモデルの斜視図を図４Ｂにそれぞれ示した。配向金型Ｍ２は、配向金型Ｍ１の周方向磁石ｍ１１〜ｍ６２の軸方向幅を径方向内側で延長し径方向で一定とし、配向翼の外側端部が突出しないように、軸方向端面を平坦面としたものである。配向金型ＭＣは、さらに、その配向翼の軸方向幅を径方向内側で延長し径方向で一定（ストレート状の配向翼）とし、配向翼と周方向磁石の軸方向端面が面一となるようにしたものである。
【００５５】
これら配向金型Ｍ１、Ｍ２、ＭＣについて三次元静磁場解析（シミュレーション）を行い、ロータコアの各スロットに印加される配向磁場を評価した。一例として、各配向金型の諸元を次のようにした。ロータコアは高さ：４８ｍｍ、外径：φ５７．８ｍｍとした。周方向磁石は外径：φ１６０ｍｍとした。配向翼の内端部は中心角：４３°の円筒側面（断面円弧状の曲面）状とした。円筒体は内径：φ５８．０ｍｍ、外径：φ５９．０ｍｍとした。配向金型Ｍ１、Ｍ２の内端部の高さ（円筒体の高さ）：６０ｍｍ、配向金型ＭＣの内端部の高さ：１００ｍｍとした。いずれの場合も周方向磁石の総磁石体積は１３１９８１６ｍｍ３で統一した。このため配向金型Ｍ１の外端部の高さ：１２５ｍｍ、配向金型Ｍ２、ＭＣの外端部の高さ：１００ｍｍとなった。配向用永久磁石には希土類焼結磁石（ＮＭＸ３３ＵＨ：日立金属株式会社製）、配向ヨークには鋼材（ＳＳ４４０：ＪＩＳ）、ロータコアには無方向性電磁鋼板（３５Ｈ４４０：ＪＩＳ）、円筒体には磁性材（ＳＫＤ１１）を用いることとした。
【００５６】
このような条件下で解析したところ、スロットに印加される配向磁場の平均値は、配向金型Ｍ１：１．２３Ｔ、配向金型Ｍ２：１．２４Ｔ、配向金型ＭＣ：１．２０Ｔとなった。このように配向金型Ｍ１と配向金型ＭＣの比較から次のことがわかる。配向ヨークを構成する配向翼をテーパ状とすることにより、ヨーク使用量の減少にもかかわらず、ヨーク形状による集磁効果により、同一サイズの配向装置により配向磁場（単位金型占有体積当たりの配向磁場）を引き上げることができた。
【００５７】
また、磁石使用体積を一定のまま、配向ヨークを構成する配向翼と周方向磁石を同一のテーパ状とすることにより、同様にヨーク使用量の減少にもかかわらず、ヨーク形状による集磁効果により、単位金型占有体積当たりの配向磁場を引き上げることができた。
【００５８】
このように配向金型Ｍ１、Ｍ２と配向金型ＭＣの比較から、配向ヨークを構成する配向翼をテーパ状とすることにより、ロータコアのスロットへ印加できる配向磁場を高め得ることが明らかとなった。また、配向金型Ｍ１と配向金型Ｍ２の比較から、配向翼をテーパ状とすると共に、周方向磁石を軸方向幅（高さ）の一定な柱状とすることにより、配向金型のコンパクト化と配向磁場の強化を両立させ得ることも明らかとなった。
【符号の説明】
【００５９】
Ｍ１            配向金型（ＩＰＭの製造装置）
１０            円筒体
１１〜１６      配向翼
１１ａ〜１６ａ  内端部
Ｒ              ロータコア
ｓ１〜ｓ６      スロット
ｍ１１〜ｍ２２  永久磁石（配向用永久磁石）
【図１】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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