(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石回転子に固定され、前記回転子の複数の磁極をそれぞれ形成する永久磁石であって、
各永久磁石は、前記回転子の円周方向に関して所定の間隔を置いた状態で軸方向に挿入保持されるとともに、高磁力を有する複数の強磁磁石素片間に格子状をなす絶縁磁石素片を挟んで一体化されて前記複数の強磁磁石素片が前記円周方向および前記軸方向において互いに絶縁状態に構成されていることを特徴とする永久磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石において、
隣接する磁極に近接した部分ついて前記強磁磁石素片の円周方向幅を他の部分よりも狭く形成してあることを特徴とする永久磁石。
【請求項３】
請求項１に記載の永久磁石において、
隣接する磁極に近接する部分について前記絶縁磁石素片の円周方向幅を他の部分よりも広く形成したことを特徴とする永久磁石。
【請求項４】
請求項１に記載の永久磁石において、
表面全体が防錆磁石層で被覆されていることを特徴とする永久磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モーターの永久磁石回転子に用いられる永久磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車ならびにＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の駆動力源として、高出力且つ高効率のモーターが要求されており、近年開発が盛んとなっている。電気自動車ならびにＨＶの駆動力源として用いられるモーターの例として、回転子に永久磁石を組み込んだ永久磁石回転子を用いたブラシレスモーターが挙げられる。
【０００３】
永久磁石回転子を回転させる駆動力は永久磁石の磁束密度に比例するため、高出力のモーターを得るには磁力の強い永久磁石を用いることが好適である。このような永久磁石としては、最近では希土類を原料とした永久磁石が用いられており、例としてネオジウムを主原料としたネオジウム・鉄・ボロン磁石（以下ネオジ磁石と称する）がある。
【０００４】
図１は従来の永久磁石回転子及びこれに用いられる永久磁石の一例の概観を示した図である。回転子１１はケイ素鋼板等の軟磁性金属の薄板を積層した構造となっており、円筒形の形状を有する。また回転子１１は永久磁石を挿入する複数の永久磁石挿入口１２及び回転子１１の回転軸となるシャフト１３を有する。永久磁石１４はネオジ磁石単体で構成されており、回転子１１の永久磁石挿入口１２に挿入することで隙間無く保持される。また、隣接する永久磁石挿入口に挿入される永久磁石は、互いに異なる磁極が回転子１１の外側を向くように設置される。すなわち各々の永久磁石が回転子の磁極に該当する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
回転子１１が回転すると、永久磁石１４を横切る磁束に変化が起こるため、この磁束の変化を妨げる方向に永久磁石１４の内部全体に渦電流が発生する。渦電流の発生により永久磁石は発熱し、このため永久磁石の磁力が損なわれ、その結果、モーターの効率の低下や、モーターの寿命の短縮という問題が発生する。この問題に対する従来の解決方法として、特開平４−７９７４１号公報では、複数の永久磁石の薄板間に絶縁材料を挟んで互いに絶縁し、且つ磁束の通過する方向に対してほぼ平行となるように積層して永久磁石を形成することにより、発生する渦電流を軽減している。また、特開平６−７０５２０号公報では、複数の永久磁石片を回転子の周方向に互いに絶縁しながら配列することによって一つの磁極を形成し、発生する渦電流を軽減している。
【０００６】
上述のような従来技術では、永久磁石を細分化し、互いに絶縁することで永久磁石が横切る磁束の変化を軽減し、渦電流の軽減を行っていた。しかしこれらの永久磁石の製造では、絶縁材料の挟み込みの工程が必要になるため製造コストが高くなる問題があった。また従来技術では絶縁材料の厚さの分だけ磁束密度が減少するため、永久磁石の細分数が多いことは磁石の性能上望ましくない。このため実際のモーターでは、一つの磁極を形成する永久磁石の個数は数個程度となり、渦電流の軽減の効果が現れないことも問題となっていた。
【０００７】
この発明は、以上の課題を鑑みてなされたもので、回転子の回転により発生する渦電流を軽減でき、且つ製造が容易である永久磁石回転子の永久磁石を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の永久磁石は、永久磁石回転子に固定され、前記回転子の複数の磁極をそれぞれ形成する永久磁石であって、
各永久磁石は、前記回転子の円周方向に関して所定の間隔を置いた状態で軸方向に挿入保持されるとともに、高磁力を有する複数の強磁磁石素片間に格子状をなす絶縁磁石素片を挟んで一体化されて前記複数の強磁磁石素片が前記円周方向および前記軸方向において互いに絶縁状態に構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明の永久磁石において、隣接する磁極に近接した部分ついて前記強磁磁石素片の円周方向幅を他の部分よりも狭く形成してもよい。
【００１０】
また、この発明の永久磁石において、隣接する磁極に近接する部分について前記絶縁磁石素片の円周方向幅を他の部分よりも広く形成してもよい。
【００１１】
さらに、この発明の永久磁石において、表面全体が防錆磁石層で被覆されていてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に従って説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図２は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石の一例の概観図である。以下、図を用いて実施の形態１の永久磁石の構成について説明する。
【００１５】
永久磁石２１は複数のネオジ磁石２２と、それらの間に挟まれたフェライト磁石２３とが一体化し、格子状の配置となっている。また図２のネオジ磁石２２に描かれた矢印は、永久磁石２１の底面から上面へ透過する磁束を横切る際に発生する渦電流の流れる方向を示したものである。また、図３は実施の形態１の永久磁石を用いる永久磁石回転子の概観を示した図である。回転子３１、永久磁石挿入口３２及びシャフト３３は、図１の回転子１１の対応する部位と同一の構造又は機能を有するので説明を省略する。図２の永久磁石２１は、永久磁石挿入口３２に挿入することで隙間無く保持され、回転子の一磁極を形成する。また、隣接する永久磁石挿入口に挿入される永久磁石は、互いに異なる磁極が回転子３１の外側を向くように設置される。
【００１６】
回転子３１の回転により永久磁石２１内に発生する渦電流の電流値は、各々のネオジ磁石が横切る磁束の変化によって決まる。また、フェライト磁石は比抵抗が高いため、渦電流は各々のネオジ磁石内に留まり、結果として渦電流を軽減できる。また、従来の絶縁材料を挟み込む場合と比較すると、永久磁石全体の磁束密度は高くなる。
【００１７】
実施の形態１の永久磁石では、格子状となるようフェライト磁石がネオジ磁石を仕切る構成となっているが、ネオジ磁石が互いに隣接していなければ、フェライト磁石による仕切り方はどのような方法でもよい。また、発生する渦電流を軽減させるには、個々のネオジ磁石はより微少であることが好適である。
【００１８】
実際のモーターでは、回転子３１の周辺に複数の固定子磁極（図示せず）が設けられており、回転子３１の回転により永久磁石が固定子磁極を通過する際に磁束の変化が起きることにより、コギングと呼ばれる回転子の駆動力の変調が発生し、モーターの効率が低下する。これを防ぐために従来では、図１の永久磁石１４でも示されている通り、永久磁石の隣接する磁極に近接する部分の厚さを薄くして磁束密度を減少させることで対応してきた。
【００１９】
図４は実施の形態１の永久磁石の応用例を示した図である。図４において、それぞれの永久磁石は奥行方向に回転子３１に挿入するものとする。図４（ａ）は隣接する磁極に近接した部分については、フェライト磁石の仕切りの間隔を狭くしていることを特徴としている。また、図４（ｂ）は隣接する磁極に近接した部分については、フェライト磁石の幅を広げていることを特徴としている。図４で示した通り、実施の形態１の永久磁石では、ネオジ磁石と比較して磁束密度の低いフェライト磁石の体積比率を増やすことで磁束密度を減少できるため、全体の形状を変化させずコギングに対応した永久磁石を得ることができる。
【００２０】
図５は実施の形態１の永久磁石の生成方法を示したフローチャートである。以下、実施の形態１の永久磁石の生成方法について説明する。
【００２１】
まず、ネオジ磁石の原料粉を圧縮型に詰め込み、圧縮することによってネオジ磁石素片の原形を形成する（ステップＳ５１）。次にフェライト磁石の原料粉を、フェライト磁石がネオジ磁石素片原形を格子状に仕切るよう圧縮型に詰め込み、圧縮して永久磁石原形を形成する（ステップＳ５２）。ステップＳ５１とステップＳ５２では、同一の圧縮型を用いて圧縮操作を行えることが好適である。
【００２２】
次に形成した永久磁石原形を圧縮型から外し、焼結する（ステップＳ５３）。これにより永久磁石原形は一体化される。最後に一体化した永久磁石原形に着磁して磁力を加えることにより、実施の形態１の永久磁石が完成する（ステップＳ５４）。
【００２３】
本発明の実施の形態１において、モーターの永久磁石回転子に挿入する永久磁石を、ネオジ磁石をフェライト磁石で仕切る構成としたことにより、回転子の回転中に発生する渦電流は各々のネオジ磁石内に留まるため、ネオジ磁石内に発生する渦電流の電流値を軽減でき、発熱による磁力の損失を抑えることが可能である。
【００２４】
また、実施の形態１の永久磁石は一体化した構造であるため、絶縁材料を挟み込む従来の永久磁石と比較すると製造は容易であり、製造コストも低く抑えられる。また従来ではコギングの防止のため、厚さが一様でない永久磁石が用いられていたが、実施の形態の永久磁石では、ネオジ磁石とフェライト磁石の体積比率を変えることで対応できるため、永久磁石全体の形状に影響はない。このため厚さが一様な単純形状の永久磁石を提供でき、これも製造コストを低く抑える効果をもたらす。
【００２５】
本発明の実施の形態１の永久磁石は、永久磁石を回転子体内に埋設する内部磁石型回転子に用いられているが、永久磁石を回転子の円周上に固定する表面磁石型回転子でも、実施の形態１の永久磁石は同様の効果を奏する。
【００２６】
また、実施の形態１の永久磁石では、磁力の強い磁石としてネオジ磁石を用いたが、他の磁石を用いてもよい。また、比抵抗の高い磁石であれば、フェライト磁石の代わりに他の磁石を用いてもよい。
【００２７】
また、回転子に応じて、永久磁石の形状を変更して用いてもよい。
【００２８】
実施の形態２．
実施の形態１に係る永久磁石にはネオジ磁石が用いられているが、酸化しやすい性質を有し、錆びやすい。磁石の酸化は磁石の特性に変化を起こすため、結果として磁力の低下につながる。このため従来では、ネオジ磁石の表面にニッケル等のめっきを施すことにより防錆対策を行っていたが、めっき工程のコストが高いという問題があった。一方、フェライト磁石は酸化に強く錆びにくい特性を有する。
【００２９】
図６は、本発明の実施の形態２に係る永久磁石の一例の構成を示した図である。永久磁石６１は、実施の形態１で示された永久磁石３１の表面全体をフェライト磁石６２で覆う構造となっており、永久磁石３１に含まれるネオジ磁石の表面の酸化を防ぐことができる。
【００３０】
図７は、実施の形態２の永久磁石の生成方法を示したフローチャートである。以下、実施の形態２の永久磁石の生成方法について説明する。
【００３１】
まず、ネオジ磁石の原料粉を圧縮型に詰め込み、圧縮することによってネオジ磁石素片の原形を形成する（ステップＳ７１）。次にフェライト磁石の原料粉を、フェライト磁石がネオジ磁石素片原形を格子状に仕切るよう圧縮型に詰め込み、圧縮することで第１段階の永久磁石原形を形成する（ステップＳ７２）。ステップＳ７１とステップＳ７２では、同一の圧縮型を用いて圧縮操作を行えることが好適である。
【００３２】
次にフェライト磁石の原料粉を全体に流し込んだ升状の圧縮型の中に、ステップＳ７２において形成された第１段階の永久磁石原形を埋没させ、圧縮する（ステップＳ７３）。ステップＳ７３の操作により、第２段階の永久磁石原形が得られる。
【００３３】
次に形成した第２段階の永久磁石原形を圧縮型から外し、焼結する（ステップＳ７４）。これにより永久磁石原形は一体化される。最後に一体化した永久磁石原形に着磁して磁力を加えることにより、実施の形態２の永久磁石が完成する（ステップＳ７５）。
【００３４】
本発明の実施の形態２において、実施の形態１の永久磁石の表面をフェライト磁石で覆う構成としたことにより、ネオジ磁石の酸化による磁力の低下を防ぎ、磁力の安定した永久磁石を得ることができる。また、錆びにくい非磁性体で表面を覆った場合と比較しても、フェライト磁石による磁束密度の分だけ磁力の強い永久磁石を得ることができる。
【００３５】
本発明の実施の形態２の永久磁石では、表面全体がフェライト磁石で覆われている構成となっているが、回転子の構造等により酸化が起きやすいと思われる部分のみフェライト磁石で覆うような構造でもよい。
【００３６】
また、錆びにくい性質を有するのであればフェライト磁石の代わりに他の磁石を用いてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、モーターの永久磁石回転子に用いられる永久磁石を、複数の強磁磁石間に絶縁磁石を挟まれる構造としたことにより、回転子の回転中に永久磁石に発生する渦電流を軽減し、発熱による磁力損失を軽減することができる。
【００３８】
また、強磁磁石及び絶縁磁石を一体化したことにより、容易に製造でき製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の永久磁石回転子及びこれに用いられる永久磁石の概観を示した図である。
【図２】  本発明の実施の形態１に係る永久磁石の概観を示した図である。
【図３】  本発明の実施の形態１に係る永久磁石を用いた永久磁石回転子の概観を示した図である。
【図４】  本発明の実施の形態１に係る永久磁石の応用例を示した図である。
【図５】  本発明の実施の形態１に係る永久磁石の生成方法のフローチャートである。
【図６】  本発明の実施の形態２に係る永久磁石の構成を示した図である。
【図７】  本発明の実施の形態２に係る永久磁石の生成方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１１，３１  回転子、１４  従来の永久磁石、２２  ネオジ磁石素片、２３  フェライト磁石壁、６２  フェライト磁石層。
【図１】
0004075226.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004075226.tif 000004
【図４】
0004075226.tif 000005
【図５】
0004075226.tif 000006
【図６】
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【図７】
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