(57)【要約】【課題】永久磁石に生じ得る反転磁界に起因する熱減磁が仮に生じた場合でも、この熱減磁を効果的に抑制することのできる構造を備えたＩＰＭモータ用ロータと、これを備えたＩＰＭモータを提供する。【解決手段】複数の永久磁石２がロータコア１０のスロット１３内に収容され、該永久磁石２の側面の少なくとも一部と該スロット１３の内面との間に永久磁石固定用の樹脂材３が介在するＩＰＭモータ用のロータ１において、永久磁石２の側面とスロット１３の内面に連通し、磁性素材からなる連絡部４が樹脂材３内に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石がロータコアのスロット内に収容され、該永久磁石の側面の少なくとも一部と該スロットの内面との間に永久磁石固定用の樹脂材が介在する、ＩＰＭモータ用のロータであって、
前記永久磁石の側面と前記スロットの内面に連通し、磁性素材からなる連絡部が前記樹脂材内に形成されていることを特徴とする、ＩＰＭモータ用ロータ。
【請求項２】
前記ロータコアが鋼板を積層してなる鋼板積層体からなり、前記連絡部が該鋼板から形成されるとともにスロット内に突出する突材である、請求項１に記載のＩＰＭモータ用ロータ。
【請求項３】
複数の永久磁石がロータコアのスロット内に収容され、該永久磁石の側面の少なくとも一部と該スロットの内面との間に永久磁石固定用の樹脂材が介在する、ＩＰＭモータ用のロータであって、
前記永久磁石のステータ側から形成される減磁の基準点をＰ点とし、Ｐ点から該永久磁石のステータと反対側の端部領域までの距離をＬ１、永久磁石の磁気抵抗率をＲ１とし、前記Ｐ点から永久磁石側方の前記樹脂材を通り、該樹脂材のロータコア側の端辺までの距離をＬ２、該樹脂材の磁気抵抗率をＲ２とした場合に、Ｌ２×Ｒ２がＬ１×Ｒ１よりも小さくなる樹脂の材料と樹脂材の形状との組み合わせを有している、ＩＰＭモータ用ロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のロータを具備してなる、ＩＰＭモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石がロータ内に埋め込まれてなるＩＰＭモータ用ロータと、このロータを具備するＩＰＭモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石をロータ内部に埋め込んでなる磁石埋め込み型モータ（以下、ＩＰＭモータという）は、コイルと永久磁石の吸引力／反発力に起因するマグネットトルクに加えてリラクタンストルクを得ることができるため、永久磁石をロータ外周面に貼着してなる表面磁石型モータに比して高トルクかつ高効率である。したがって、このＩＰＭモータは、高出力性能が要求されるハイブリット車、電気自動車の駆動用モータ等に使用されている。なお、この永久磁石としては、希土類磁石やフェライト磁石、アルニコ磁石等の焼結磁石からなるものである。
【０００３】
ところで、上記する永久磁石は、高温・高逆磁界に曝されると磁化方向が反転し、減磁してしまうこと、この減磁による反転磁界（反転磁束）が更なる減磁の進行を助長する要因となることはよく知られるところである。したがって、従来の永久磁石は、最大トルク時の磁界が磁石に印加されても該磁石が減磁しないように設計されている。
【０００４】
ＩＰＭモータでは、ロータコアに形成された永久磁石挿通用のスロット内に該永久磁石を固定するため、たとえば特許文献１に開示されるＩＰＭモータ用のロータのごとく、非磁性素材の樹脂がスロットと永久磁石の隙間に充填硬化されている。この状態で永久磁石に上記する減磁（熱減磁）が仮に生じると、反転磁界は最も磁気抵抗の低い部分を通過しようとするために、硬化樹脂材ではなく、永久磁石内部を通ることとなり、このことが磁石減磁の進行を助長してしまうことになる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３６０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、ＩＰＭモータ用のロータに関し、永久磁石に生じ得る反転磁界に起因する熱減磁が仮に生じた場合でも、この熱減磁を効果的に抑制することのできる構造を備えたＩＰＭモータ用ロータと、これを備えたＩＰＭモータ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】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明によるＩＰＭモータ用ロータは、複数の永久磁石がロータコアのスロット内に収容され、該永久磁石の側面の少なくとも一部と該スロットの内面との間に永久磁石固定用の樹脂材が介在する、ＩＰＭモータ用のロータであって、前記永久磁石の側面と前記スロットの内面に連通し、磁性素材からなる連絡部が前記樹脂材内に形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明のＩＰＭモータ用ロータは、モータの使用期間中において、ロータコア内に埋設された永久磁石が熱減磁した場合を想定し、仮に永久磁石に熱減磁が生じた場合でも、この減磁を効果的に抑止し、もって永久磁石の初期の磁力（磁気特性）もしくはそれに近い磁力をその使用期間に亘って確保することのできるＩＰＭモータ用ロータに関するものである。すなわち、既述するように、従来のＩＰＭモータ用ロータにおいては、永久磁石に熱減磁が生じた場合を想定し、熱減磁によっても永久磁石の磁気特性を極力低下させない、という構造を呈していない点において、本発明のＩＰＭモータ用ロータは新規な技術思想（構造）と言えるものである。
【０００９】
そのための構成として、ロータコア内に形成された永久磁石用のスロット内において、永久磁石の側面とスロットの内面の間に熱減磁を招来する反転磁界を流すための連絡部を形成し、これを非磁性の樹脂材内に埋設するものである。
【００１０】
スロット内には、永久磁石を該スロット内に挿入後に永久磁石をスロット内で固定するための非磁性の樹脂が充填硬化されて樹脂材が形成され、この樹脂材にて永久磁石が固定されるのが一般的であるが、この連絡部は、軟磁性材料からなり、永久磁石の側面とロータコアのスロット内面とを繋ぐように配設されるものである。
【００１１】
ここで、この連絡部の配設箇所は、上記する樹脂材のうち、磁束飽和領域の外側に形成されるのが望ましい。本発明者等によれば、この磁束飽和領域は、永久磁石の側方の樹脂材のうち、ステータ側の領域に形成されることが特定されており、さらに、この磁束飽和領域に上記連絡部を形成しても、永久磁石に作用する反転磁界をその側方の樹脂材に効果的に逃がし難いことが特定されている。
【００１２】
ロータコアは、軟磁性金属粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から成形してもよく、たとえば電磁鋼板等の鋼板を積層してなる鋼板積層体から形成してもよいが、たとえば、この鋼板積層体からロータコアを形成する場合には、上記する連絡部をロータコアを形成するのと同じ鋼板から一体に形成し、スロット内に突出する突材とする形態であってもよい。
【００１３】
この形態では、積層される鋼板をロータコア用に円盤状に打ち抜き加工し、その内部に極数に応じた数の永久磁石用スロットを打ち抜き加工する際に、このスロットの内部に突出する突材を形成するようにスロットを加工することにより、所定数の鋼板を積層した際に、スロット内に突材が突出してなるロータコアを製造することができる。
【００１４】
このスロット内に永久磁石を挿入することにより、該永久磁石の側面に突材が当接し、この姿勢でスロット内に非磁性の樹脂を充填硬化させることでＩＰＭモータ用ロータが形成される。
【００１５】
上記するＩＰＭモータ用ロータによれば、モータ使用期間中において、仮に永久磁石内に熱減磁が生じた場合でも、この原因となる反転磁界（の流れ）を磁性素材の連絡部を介してロータコア側へ逃がすことが可能となり、永久磁石内における減磁量を低減することが可能となる。
【００１６】
また、本発明によるＩＰＭモータ用ロータの他の実施の形態は、複数の永久磁石がロータコアのスロット内に収容され、該永久磁石の側面の少なくとも一部と該スロットの内面との間に永久磁石固定用の樹脂材が介在する、ＩＰＭモータ用のロータであって、前記永久磁石のステータ側から形成される減磁の基準点をＰ点とし、Ｐ点から該永久磁石のステータと反対側の端部領域までの距離をＬ１、永久磁石の磁気抵抗率をＲ１とし、Ｐ点から永久磁石側方の前記樹脂材を通り、該樹脂材のロータコア側の端辺までの距離をＬ２、該樹脂材の磁気抵抗率をＲ２とした場合に、Ｌ２×Ｒ２がＬ１×Ｒ１よりも小さくなる樹脂の材料と樹脂材の形状との組み合わせを有しているものである。
【００１７】
本実施の形態は、スロット内に樹脂を充填硬化させる方法で形成してもよいし、予め所定形状の樹脂材を形成しておき、この樹脂材をスロット内に挿入する方法で形成してもよい。
【００１８】
仮に永久磁石内で熱減磁が生じると仮定した場合に、永久磁石に反転磁界が作用すると、永久磁石のステータ側から減磁が生じることになる。
【００１９】
永久磁石のある点を減磁の基準点とした場合に、この基準点からさらに永久磁石内を介してそのステータとは反対側の端部領域からロータコアへ反転磁界が流れるのか、あるいはこの基準点から永久磁石の側方へ反転磁界が流れて樹脂材を介してロータコアに流れるのか、は、この基準点からの双方のルートの磁気抵抗の大小、すなわち、反転磁界の流れ難さ（もしくは流れ易さ）に依存することになる。
【００２０】
そこで、上記基準点から永久磁石内を反転磁界が流れるルートの磁気抵抗を樹脂材を介して流れるルートに比して大きくすることにより、該基準点から反転磁界を樹脂材側に逃がし易くして、永久磁石内での減磁を可及的に抑止するものである。
【００２１】
上記磁気抵抗の値は、双方のルートにおける磁気抵抗率、すなわち、永久磁石の磁気抵抗率および樹脂材の磁気低効率と、双方のルートにおける基準点からの反転磁界の流れる距離と、をそれぞれ掛け合わせた値を求め、永久磁石内を反転磁界が流れるルートの値が小さくなるような樹脂材の材料（に固有の磁気低効率）と形状（形状によってルート長が変化する）の組み合わせを設定すればよい。
【００２２】
樹脂材の素材としては、高強度で高耐熱性を有し、さらに高熱伝導性を有する樹脂素材を使用することができ、その一例として、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、さらにはこれらの樹脂にアルミナやシリカなどのフィラーを混合した素材などを挙げることができる。また、樹脂材の形状としては、永久磁石の側方からロータコア側へ突出する凸部と永久磁石側へ入り込む凹部とからなる滑らかな形状とし、上記する減磁の基準点からこの凹部を反転磁界が流れるようにすることで、該基準点からの反転磁界の流れる距離を短くでき、もってこの距離と樹脂材の磁気抵抗率との積を小さくすることができる。
【００２３】
上記する本発明のＩＰＭモータ用ロータを具備するモータは、従来想定されていない熱減磁が永久磁石内で仮に生じた場合でも、この原因となる反転磁界を効果的に永久磁石の外側のロータコアに逃がすことが可能となり、もって、永久磁石内での減磁を最小限に抑えることが可能となる。したがって、このＩＰＭモータ用ロータを具備するモータは、近時その生産が盛んであって、性能に優れた駆動用モータの搭載が叫ばれているハイブリッド車や電気自動車に好適である。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明のＩＰＭモータ用ロータによれば、永久磁石内で仮に熱減磁が生じた場合でも、減磁量を最小限に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１はＩＰＭモータ用ロータの平面図であり、図２は図１のII部の拡大図であって、スロット内の永久磁石と樹脂材の一実施の形態を示した平面図である。
【００２６】
図示するＩＰＭモータ用のロータ１は、電磁鋼板が積層されてなる鋼板積層体、もしくは圧粉磁心からなるロータコア１０に形成されたスロット１３内に、永久磁石２が挿入固定されたものである。より具体的には、一極当たり平面視が略Ｖ字状（２つの矩形が間隔を置いて略Ｖ字状を呈している）に形成された各スロット１３、１３内にそれぞれ平面視が矩形の永久磁石２，２が配設されてＶ字配置永久磁石を形成し、これが周方向に亘って所定の極数形成されたものである。
【００２７】
なお、ロータ１の中央にはシャフト用開口１２が形成されており、不図示のステータコア内の中空部、すなわち、平面視が略円環状のヨークから径方向内側に突出する複数のティースで形成される中空部に、このティース先端とロータコア１０のステータ側側面１１との間に所定の隙間が形成された姿勢で図示するロータ１が配設され、ＩＰＭモータが形成される。
【００２８】
ロータコア１０には、図２で示す永久磁石２とその側方に設けられた樹脂材３，３の平面形状に適合する平面形状を有するスロット１３が設けられており、図中の矢印Ｘ方向で着磁された永久磁石２がスロット１３内に挿入され、その側方に樹脂が充填硬化されることにより、樹脂材３が形成されて永久磁石２のスロット内固定が図られる。
【００２９】
図２において、永久磁石２とスロット１３の内面との間には、磁性素材の連絡部４が介層されており、この連絡部４を通って矢印Ｙで示す反転磁界が流れ、スロット１３外周のロータコア１０にこの反転磁界が逃げるようになっている。なお、永久磁石２においてこの反転磁界が連絡部４に逃げる点を基準点Ｐ１としている。
【００３０】
この連絡部４のスロット１３内における配設位置、より具体的には基準点Ｐ１の位置は、図中のＡ領域で示された飽和磁束領域の外側に設けられることにより、永久磁石２内の熱減磁を効果的に抑止することができるものである。
【００３１】
ロータコア１０が電磁鋼板を積層してなる鋼板積層体からなる場合には、この連絡部４はロータコア１０と同様に電磁鋼板から形成されるのがよい。電磁鋼板を打ち抜き加工する際に、スロットの内部に突出するように連絡部４を形成しておき、これを積層することでスロットの高さ方向に延びる電磁鋼板からなる連絡部４を効率的に形成することができるからである。
【００３２】
一方、図３は、スロット内の永久磁石と樹脂材の他の実施の形態を示した平面図である。
【００３３】
この実施の形態は、樹脂材３Ａを、永久磁石２の側面からロータコア側に向って突出する２つの凸部３ａ，３ｃと、その間に形成される凹部３ｂとからなる形状とし、図２で示す形態の連絡部を必要としないものである。
【００３４】
図中、永久磁石２内において反転磁界によって熱減磁が生じ、この熱減磁が進行した任意点をその基準点Ｐ２とした場合に、この基準点Ｐ２から反転磁界が樹脂材３Ａを介してロータコア１０側に逃げる反転磁界のルートＹ２がこの凹部３ｂを通るようになっている。
【００３５】
ここで、基準点Ｐ２から上記ルートＹ２を通ってロータコア１０に至るまでの樹脂材３内の距離をＬ２とし、基準点Ｐ２からこのルートＹ２を通らずに永久磁石２内を通ってその端部を介してロータコア１０に流れるルートＹ３におけるロータコア１０までの距離をＬ１としている。なお、ここでいうルートＹ３が通る永久磁石２の端部とは、永久磁石２のステータとは反対側の端辺もしくは側面を含む意味である。
【００３６】
樹脂材３Ａの磁気抵抗率をＲ２、永久磁石２のそれをＲ１とした場合に、Ｒ２×Ｌ２の値がＲ１×Ｌ１の値よりも小さくなるような樹脂材の素材とその形状（ここでは、距離Ｌ２を形成する図示形状）を設定することにより、基準点Ｐ２からの反転磁界は流れ易いルートＹ２を通ってロータコア１０に逃がされることとなり、該基準点Ｐ２まで進行した減磁は、この基準点Ｐ２よりも永久磁石２内の先（シャフト側）に進行することが抑制される。なお、同図においても、ルートＹ２は樹脂材３Ａ内の飽和磁束領域Ａの外側に形成されるように調整される。
【００３７】
上記する基準点Ｐ２は減磁の進行程度によって変化するものであり、したがって、この基準点Ｐ２は、たとえば解析等にて求められた任意の点に設定され、この基準点Ｐ２からのＬ２が最小となるような樹脂材３Ａの形状を設定することができる。なお、この形状設定に際しては、樹脂材および永久磁石双方の磁気特性（磁気抵抗率）も勘案され、上記する積の値にてルートＹ２の磁気抵抗が相対的に小さくなるように樹脂材３Ａの形状設定がおこなわれるものである。
【００３８】
[温度条件を変化させた際の磁石減磁率に関する解析とその結果]
本発明者等は、図２で示す反転磁界の逃がし構造を有するロータを具備するＩＰＭモータをモデル化し、温度条件を変化させながら、温度条件ごとに最大トルク時の磁界を印加させ、磁界印加前後のモータ無負荷誘起電圧の減少率を比較した。
【００３９】
作成したモデルは、磁束逃がし構造のないロータを具備する従来のモータ（比較例）と、磁束逃がし構造の上記基準点Ｐをステータ側に設けてなるロータを具備するモータ（実施例１）と、磁束逃がし構造の上記基準点Ｐを磁石の略中央に設けてなるロータを具備するモータ（実施例２）の３つのモデルである。
【００４０】
図４ａは、実施例１の磁石側面の磁束逃がし構造を説明した図であり、図４ｂは、実施例２の磁石側面の磁束逃がし構造を説明した図である。
【００４１】
図４ａに示す実施例１に関し、永久磁石モデルＭ１はその左側に樹脂材モデルＭ２を有し、基準点Ｐ１ａの位置は磁石厚の３５％ステータ側の位置に設けられており、さらにその右側に樹脂材モデルＭ３を有し、基準点Ｐ１ｂの位置は磁石厚の１／４ステータ側の位置に設けられている。
【００４２】
一方、図４ｂに示す実施例２に関し、永久磁石モデルＭ１はその左側に樹脂材モデルＭ４を有し、基準点Ｐ１ｃの位置は磁石厚の４０％ロータ中央側の位置に設けられており（磁石厚のほぼ中央位置）、さらにその右側に樹脂材モデルＭ５を有し、基準点Ｐ１ｄの位置は磁石厚の中央位置に設けられている。
【００４３】
解析結果を図５に示しており、図中、グラフＺ１は比較例の結果を、グラフＺ２は実施例１の結果を、グラフＺ３は実施例２の結果をそれぞれ示している。また、本解析は、ある基準温度：Ｔａの温度条件においてモータ無負荷誘起電圧を測定し、この基準温度よりもΔＴ（＝４０℃）高いＴａ＋４０℃の温度条件、さらに基準温度よりも６０℃高いＴａ＋６０℃の温度条件にてそれぞれモータ無負荷誘起電圧を測定し、基準温度：Ｔａ時の電圧に対する減少率を算定した。
【００４４】
同図より、Ｔａ＋６０℃の温度条件において、比較例では３２％程度も減磁するのに対して、実施例１では２１％程度、実施例２では１７％程度の減磁に留まり、本発明の磁束逃がし構造の効果が十分に得られることが実証されている。
【００４５】
また、実施例１，２を比較すると、Ｔａ＋４０℃の温度条件では、実施例１が２％程度の減磁率、実施例２が４％程度の減磁率となっており、実施例１の方が減磁抑制効果が優れていることが分かる。このことは、設定される温度条件によって上記基準点を適所に位置決めするのが好ましいことを示している。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ＩＰＭモータ用ロータの平面図である。
【図２】図１のII部の拡大図であって、スロット内の永久磁石と樹脂材の一実施の形態を示した平面図である。
【図３】スロット内の永久磁石と樹脂材の他の実施の形態を示した平面図である。
【図４】温度条件を変化させた際の磁石減磁率に関する解析で使用されたモータのロータにおける、磁石側面の磁束逃がし構造を説明した図であって、（ａ）は実施例１の構造を示しており、（ｂ）は実施例２の構造を示した図である。
【図５】解析結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１…ロータ、１０…ロータコア、１１…ステータ側側面、１２…シャフト用開口、１３…スロット、２…永久磁石、３，３Ａ…樹脂材、３ａ，３ｃ…凸部、３ｂ…凹部、４…連絡部、Ｐ…減磁の基準点
【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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