JP2005130604A - 電磁鋼板形成体、これを用いた永久磁石内蔵型回転機用回転子、永久磁石内蔵型回転機、およびこの永久磁石内蔵型回転機を用いた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 フラックスロスを抑制した永久磁石内蔵型回転機の回転子用電磁鋼板形成体を提供する。
【解決手段】 回転子を形成する１枚の電磁鋼板形成体１において、永久磁石を挿入するための磁石穴２、３の外周側、および磁石穴同士の間に、他の部分よりも透磁率の低い低透磁率部５を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁鋼板形成体、これを用いた永久磁石内蔵型回転機用回転子、永久磁石内蔵型回転機、およびこの永久磁石内蔵型回転機を用いた車両に関する。

永久磁石式の回転機は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動用モータとして用いられている。なかでも永久磁石を回転子に内蔵した同期モータは小型、軽量化を実現することが可能であるために多く用いられている。

図１２および１３は、このような永久磁石内蔵型同期モータの回転子コアの例を示す図面である。

図示する回転子コア１００は、いずれも８極で、１極に対して１個の磁石挿入用の磁石穴１０１が設けられている。このような回転子コア１００は、電磁鋼板から図示するようなコア形状に成形された薄板を複数枚積層して形成されている。本明細書においては、この回転子コアを形成する１枚の薄板を、電磁鋼板から形成したものであることから電磁鋼板形成体と称する。

モータは、一般的に高速回転させた方が小型にできる。このためモータの高回転数化が図られてきている。ところが、このような永久磁石内蔵型モータの回転子は、回転子が回転することにより磁石に対して遠心力が働き、それは高回転数化するほど大きな力となる。このためモータの最高回転数は回転子に使われている電磁鋼板自体の強度に制限される。

一方、電磁鋼板は、その強度が高くなるほど鉄損が大きくなり、回転子が発熱する原因となっている。このため強度を上げたくても上げることができない。これは回転子が発熱した場合、用いる永久磁石によってはその熱により磁力を失ってしまうため、回転子の温度上昇を避ける必要があるからである。

電磁鋼板形成体の鉄損を上げることなく、回転子の高回転数化を可能にするための方策としては、たとえば、遠心力により磁石によって回転子コアにかかる応力集中を拡散させる磁石挿入口の形に関する技術が開示されている（特許文献１参照）。

この技術によれば、図１４または図１５に示すように、遠心力によって応力が集中する磁石挿入用磁石穴（スロット）１０１の角部を含むように、角部の曲率より大きな曲率で、外周側に向けて膨らむ円弧空間１０２（図１４）や、１０５（図１５）を設けて、この円弧空間１０２、１０５により、応力集中を回転子の外周部１１０とスロット１０１との最短部からずらすことで、応力の集中を拡散、緩和している。

また、図１６は、さらに高回転化を可能にする技術内容であり、１極の磁石が２個に分割されており、このため回転子となる電磁鋼板形成体２００には磁石を挿入するための穴部２０１と２０３の間にセンターブリッジ２１６が設けてある（特許文献２参照）。この技術によれば、センターブリッジ２１６によって遠心耐力がさらに増加する。すなわちより高回転化が可能になる。なお、図１６に示した例は８極の場合の例である。

一方、図１７および図１８には、磁石のフラックスの流れを模式的に示している。図１７は、前記の図１２の場合を示し、図１８は前記の図１６の場合である。

磁石３０１のフラックスは、理想的には、すべて図示回転子の外向きに出るフラックスｆが望ましいが、磁石埋め込み式の回転子の場合、図示するように、実際にはブリッジ部を介して短絡するフラックスｆｓが発生する。この短絡するフラックスｆｓは減らした方がよい。そのために、図示のように磁石とブリッジ部との間の領域に空気領域３０２（空気領域に限らず接着材等の非磁性物質が充填されていてもよい。）を設ける工夫が知られている（たとえば特許文献３）。この領域のことをフラックスバリアと呼んでいる。
特開２００１−１６８０９号公報 特開２００２−１１２４８１号公報 特開２０００−２７８８９６号公報

従来、このようなフラックスバリアを設けようとした場合、磁石を小さくすることにより空気領域をひろげてフラックスの短絡を減らすか、または、電磁鋼板形成体におけるブリッジ部分を減らしてその分を空気領域としている。

しかしながら、磁石を小さくした場合、磁石のフラックスそのものが減るため、モータトルクが稼げなくなるといった問題がある。

一方、ブリッジ部を減らすと、電磁鋼板形成体そのものの回転強度が足りなくなってしまうといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、磁石のフラックスロスを最少化することのできる回転子コアの形成に用いられる電磁鋼板形成体を提供することである。

また、本発明の他の目的は、磁石のフラックスロスを最少化することのできる永久磁石内蔵型回転機用回転子を提供し、さらにこの回転子を用いた永久磁石内蔵型回転機を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、磁石のフラックスロスを最少化することのできる回転子を用いた永久磁石内蔵型回転機を搭載した車両を提供することである。

本発明の目的は、永久磁石内蔵型回転機の回転子コアを形成するために用いられる１枚の電磁鋼板形成体であって、永久磁石を挿入するための磁石穴と、前記磁石穴の周辺の一部に設けられ、他の部分より透磁率の低い低透磁率部と、を有することを特徴とする電磁鋼板形成体によって達成される。

また、本発明の他の目的は、上記の電磁鋼板形成体を複数積層して形成された回転子コアと、前記回転子コア内の磁石穴に挿入された永久磁石と、を有することを特徴とする久磁石内蔵型回転機用回転子によって達成される。

また、本発明の他の目的は、上記の回転子と、前記回転子の周りに配設された固定子と、を有することを特徴とする永久磁石内蔵型回転機によって達成される。

さらに、本発明の他の目的は、永久磁石内蔵型回転機を駆動源として用いたことを特徴とする車両によって達成される。

本発明の電磁鋼板形成体によれば、基材強度の低い低鉄損の電磁鋼板を用いて、高回転化を可能にすることができるとともに、磁石フラックスロスを最少化することができるという優れた効果がもたらされる。

また、本発明の永久磁石内蔵型回転子によれば、磁石のフラックスロスが少なく、高出力の回転機を得ることができる。

また、本発明の永久磁石内蔵型回転機によれば、高出力、高回転化が可能となる。

さらに、本発明の車両によれば、モータの小型軽量化が可能となり、車両重量に対するモータの占める割合を低減し、電力の利用効率をよくすることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明を適用した電磁鋼板形成体における磁石挿入用磁石穴の拡大図である。なお、電磁鋼板形成体の全体の外観構成は、図１６に示したものと同様であるので図示を省略する。

電磁鋼板形成体１は、回転子コアを形成するための１枚の電磁鋼板よりなる。この電磁鋼板形成体１は回転子を形成した際に、１極当たり２個の磁石を挿入するために２つの磁石穴２、３が設けられている。

ここで、磁石挿入用の磁石穴２および３の外周側部分をアウターブリッジ部１５と称し、１極の中の磁石穴同士の間をセンターブリッジ部１６と称する。

そして、この各ブリッジ部、すなわち、磁石穴２および３の周囲の一部に、透磁率を他の部分よりも低くした低透磁率部５を設けている。

このような低透磁率部５は、たとえば、プレス加工やレーザーピーニング加工などの加工硬化によって形成される。

本実施の形態では、この低透磁率部は、アウターブリッジ部１５とセンターブリッジ部１６のそれぞれの部分に設けている。すなわち、アウターブリッジ部１５においては磁石穴の外周側端から回転子としての外周端に至る範囲、センターブリッジ部１６においては、磁石穴同士を結ぶ範囲である。

この低透磁率部は、一般的に電磁鋼板に加工を加えることで、加工硬化により機械的な強度が上昇するに伴って磁気特性が劣化することを利用して形成している。具体的には、加工硬化によって透磁率が低くなる。たとえば、電磁鋼板をプレス加工（圧延）した場合、プレス加工していないものに比べて、約５％の圧延で透磁率が１／１０から１／１００のレベルまで劣化する。このことは加工の度合いを反映して硬さが上昇する一方、硬さの上昇は機械的強度の上昇を反映するとともに、透磁率の下がり度合いを反映することになる。

したがってその分この低透磁率部では、フラックスが通りにくくなり、フラクスバリアとしての効果が期待でき、フラックスの短絡を少なくすることが可能となる。

低透磁率部の透磁率は、基材の透磁率、すなわち、この回転子コアに用いる電磁鋼板形成体における低透磁率部以外の部分の透磁率を１．０とすると、この低透磁率部の透磁率は０．１〜０．００１程度とすることが好ましい。

これは、０．１以上であると、低透磁率部としてのフラックスバリア効果が期待できないためである。なお、０．００１は実質的にこれより少ない透磁率とすることが難しいためである。

なお、ここで示した透磁率は、あくまでも一例であり、後述する実施例から明らかなように、この低透磁率部の透磁率は、他の部分よりも低ければよいものである。

このように、本発明を実施する最良の形態によれば、磁石を挿入する磁石穴に沿うブリッジ部（アウターブリッジ部１５とセンターブリッジ部１６）に、他の部分よりも透磁率が低い低透磁率部５を設けたことで、この低透磁率部がフラックスバリアとして働き、空気領域のような鋼板自体が存在しない部分を設けることなく、フラックスロスを抑制することが可能となる。また、低透磁率部５は、プレス加工やレーザーピーニング加工を用いて、基材の加工硬化を利用して形成できるため、遠心力によって最も力のかかる部分を硬化させることができるので、回転子としての強度も上昇する。したがって、電磁鋼板形成体の強度低下をもたらすことなく、フラックスの短絡を低下させることができる。

また、このことは磁石の大きさもフラックスバリアを設けるために小さくしているものではないため磁石のフラックス自体が低下することはない。

このため、本発明による電磁鋼板形成体を複数枚積層し、回転子コアを形成して、磁石穴に永久磁石を装填することで、永久磁石内蔵型回転機用回転子を形成し、これを回転機（モータ）に組み込んだ場合に、同じ大きさのモータであれば、より高効率で、高出力のモータを得ることができる。そして、このようなモータを電気自動車やハイブリッド自動車、また、燃料電池車などの車両の駆動モータとして用いれば、小型軽量でありながら高出力を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施例を説明する。

（予備実験）
本発明の効果を確認するために以下の解析を行った。

図１６に示した従来のロータコアをＦＥＭ弾性解析にて、回転状態における磁石に働く遠心力に基づく応力分布を求めた。その解析の結果、アウターブリッジ部の磁石側、および、センターブリッジ部の付け根部に応力集中部があることがわかった。

また、１枚の電磁鋼板形成体よりなるダミーロータを試作し、ロータスピンテストを行って、どのようにロータにおいて塑性変形が開始し進行するのかを検討した。

ここでダミーロータとは、電磁鋼板形成体１枚からなり、磁石の挿入口には電磁鋼板１枚分に相当するダミー磁石を入れた。またワイヤカットにてロータ形状を得た。

このロータスピンテストにおいては、予め、どの回転数で塑性変形が始まり、進行するかを、上記応力解析より予測し、テストを止める回転数をきめ、何水準かの回転数におけるロータサンプルを得た。塑性変形の度合いはエッチピット法により、エッチピットの発生している領域の面積の大きさにより見積もった。その結果、塑性変形はフォンミーゼスストレスの分布における、アウターブリッジ部、センターブリッジ部の応力集中部より開始することがわかった。しかも、塑性変形が開始するのは、最大応力（フォンミーゼスストレス）が、その材料（電磁鋼板）の引張試験より求めた降伏応力の値に達するとき（回転数）であることがわかった。

もちろん、回転数が塑性変形開始回転数より増すにつれて、塑性変形は進行する。外径において寸法変化が明らかに認められる状態は、塑性変形が進行し、ブリッジ部を貫通してからである（エッチピット発生領域の観察等より確認することができた）。

なお、ロータスピンテストは、大気との摩擦熱の影響を排除するため、排気減圧されたチャンバー内において室温にて実施した。

また、磁石ブリッジ部の静的な強度を測定した。図２は、この静的強度を測定するための方法およびそのための冶具を説明するための説明図である。

静的強度測定のための引張試験は、１枚の電磁鋼板形成体を、図示するように、磁石１極分（この場合は６０度分）の部分が移動しないように、図示符号２５で示す部分を径方向で拘束する。そして、磁石挿入用磁石穴には磁石形状をした治具２１、２２を入れる。治具２１、２２のセンター（重心位置）にはピン穴がありピン２３、２４が入れてある。治具２１、２２は、ピン２３、２４に対して回転自在である。また、治具２１、２２は、磁石挿入用磁石穴２、３のロータ径方向外側の辺の直線部のみで図示のように接触している。

そして、このピン２３、２４を上方（図中矢印Ｆ方向）に引っ張ったときの変位と力（荷重）の関係を実測した。

静的強度試験に用いた電磁鋼板形成体は、厚さ０．３５ｍｍの電磁鋼板（市販の３５Ｈ３００）を６極用に外径１００ｍｍで打ち抜いて作製した（以下の説明における各サンプルおよび各実施例における基材はいずれもこれと同じである。また、すべてのサンプルとも磁石挿入用磁石穴の大きさは同じである）。

そして、この打ち抜きのままのサンプルを上記のようにして静的強度を測定した。

図３は、打ち抜きのままのサンプルの測定結果である変位と荷重の関係を示すグラフである。図示するように、測定結果は、応力−歪曲線と似た関係になっていることがわかる。

すなわち、変位−荷重曲線は直線的に立ち上がるが、やがて直線から外れてくる。これは応力集中部において降伏が起こり始める（塑性変形が始まる）からである。さらに変位が増すと加工硬化しながら塑性変形する。ここで図３において、打ち抜きのままのサンプルでは、直線から１０μｍずれたところでの力は２１０Ｎとなっている。以下においては１０μｍ変位での力を降伏力（あるいは強度）と定義して用いる。打ち抜きのままのサンプルでは、ブリッジ部強度は２１０Ｎとなる。

また、電磁鋼板形成体におけるロータスピンテストにおける強度と上記静的強度の関係も把握できている。ロータスピンテストにおいては、回転数を増すにつれて、径は指数関数的に増加する（永久変形が残る）。径が規定した量だけ（たとえば２０μｍ）増加する回転数を使用限界回転数と定義することにすると、上記打ち抜きのみの電磁鋼板形成体の場合は２０．８ｋｒｐｍになる。静的引張強度の高い電磁鋼板形成体ほど使用限界回転数は高くなる。

さらに、電磁鋼板形成体について上記した静的引張のＦＥＭ弾性解析も実施した。その応力分布は回転状態における応力分布と類似の応力分布となっている。特に、応力集中部の位置は同じになっている。

したがって、電磁鋼板ロータの強化度合いは上記した静的強度を調べれば知ることができる。そして、静的強度がわかれば、回転強度も知ることができる。

（実施例１）
前記図１に示したように、低透磁率部５を設けた電磁鋼板形成体のサンプルを試作した。このサンプルは、低透磁率部５の領域における厚さを他の部分の厚さの９０％としている。

このサンプルの作製工程は以下のとおりである。

まず、電磁鋼板に磁石穴より、小さい穴を打ち抜きにより設ける。次に、低透磁率部（厚さを減らす）領域をプレスし、所定の厚さにする。次に、前工程の際にプレスによって生じたプレス領域外側における膨らみ（電磁鋼板板断面における盛り上がり）を、平坦面を有するパンチによりプレスして平坦化する。次に磁石穴、外径、および内径を打ち抜く。

試作したサンプルは、全体の外観としては、基本的に図１６に示した形状である。ただし磁石の極数は６極のものである。外径は１００ｍｍで、用いた電磁鋼板は０．３５ｔ（新日鉄製３５Ｈ３００）でる。前述した静的強度の測定方法にて強度を調べた結果、２８０Ｎとなっていた。すなわち、前述した打ち抜きのままのサンプルと比較して、１枚の電磁鋼板形成体として高強度化が図れることが確認できた。

図４は、低透磁率部の硬さ分布を示す図面であり、図４Ａは図１に示したＡ１−Ａ２断面（低透磁率部が形成されている磁石穴端部から回転子としての外周端方向断面）および図４Ｂは図１に示したＢ１−Ｂ２断面（磁石穴２および３のそれぞれの端部間方向の断面）における硬さ分布を調べた結果を示す図面である。

図示するように、この硬さ分布は板厚の中央部において、端部から端部まで調べた。この図においては、縦軸は基材の硬さに対する比である。すなわち、基材の硬さが１．０としたときの相対的な硬さを示している。

図からわかるように、ほぼ全域にわたって、硬さが約２５％上昇している。したがって、この硬度分布から、加工硬化された部分における透磁率が低減されることから低透磁率部における透磁率も、低透磁率部における長手方向に垂直な断面の分布として均一に低下していることになる。なお、両端部において硬さが増しているのは、最終の打ち抜きによる硬さ上昇である。したがって、磁石穴側での透磁率の低下度合いも大きい。

このことは、低透磁率部がフラックバリアとしてほぼ均一に作用し、なおかつ、磁石に極近い部分での透磁率が一層低下していることから、磁石近くでのフラックスの短絡をより抑制する効果が得られることを示している。

低透磁率部の透磁率は以下のように推定した。まず、電磁鋼板の磁気測定を行った。磁気測定は、内径５０ｍｍ、外径７０ｍｍのリング状サンプルをワイヤカットにて作製して行った。

電磁鋼板と１０％圧延した電磁鋼板のリングサンプルを各１０枚用意し、巻き線を施し、直流ＢＨトレーサーにて８００Ａ／ｍの励磁界にて測定した。測定したＢＨカーブより透磁率を見積もった結果、電磁鋼板の透磁率を１．０としたとき、１０％圧延材では０．００９であった。したがって本実施例において、ブリッジ部における透磁率はこの割合程度低下しているものと推定される。なお、磁石穴付近では、低減割合はさらに増している（前記の半分程度まで低下している）ものと推定される。

次に、磁石フラックスロスの抑制効果について調べた。

磁石のフラックスがどのくらい有効に使われるかの調べ方としては、モータの誘起起電力を調べる方法をとった。

本実施例１における電磁鋼板形成体のサンプルを１００枚積層した厚み（ステータの厚みも同寸法）のモデルモータを仕立てた。なお、比較のために打ち抜きのみの電磁鋼板形成体のサンプルによるロータも試作した。

用いた磁石は、いずれも同仕様のものを用意した。また、用いる磁石のフラックス量をできるだけ揃えるため、磁石の着磁状態を調べ、ばらつき０．５％以内に収まっているものを選択して用いた。

打ち抜きのみのサンプルによるロータをモデルモータに組み込んだ場合の誘起起電力に対して、本実施例１のロータを組み込んだ場合の誘起起電力は、約７％増していた。このことは、フラックスロスが少なくなったことを示すものであり、これは磁石穴周辺、特にブリッジ部に低透磁率部を設けたことで磁石フラックスが通りにくくなるから、この部分がフラックスバリアとして機能し、ブリッジ部におけるフラックスの短絡現象を抑制しているわけである。

なお、測定は室温で行った。この実験により、磁石フラックスロスの抑制効果が確認できた。

（実施例２）
図５に示すように、電磁鋼板形成体１のセンターブリッジ部１６にのみ、低透磁率部５を形成したサンプルを試作した。このサンプルの基材および形成方法は、実施例１と同様である。すなわち、図５に示した低透磁率部５の領域のみプレスにより厚さを薄くすることで加工硬化し、低透磁率部５を形成したものである。

このサンプルにおける静的強度を測定した結果、打ち抜きのみのサンプルと比較して強度が約２４％増加した。
なお、低透磁率部の透磁率は、実施例１における場合と同程度まで低下しているものと考えられる。

さらに、モデルモータで評価した誘起起電力は、打ち抜きのみのサンプルによるモデルモータと比較して約４％増加していた。

（実施例３）
図６に示すように、電磁鋼板形成体１のアウターブリッジ部１５にのみ、低透磁率部５を形成したサンプルを試作した。このサンプルの基材および形成方法は実施例１と同様である。すなわち、図６に示した低透磁率部５の領域のみプレスにより厚さを薄くすることで加工硬化し、低透磁率部を形成したものである。

このサンプルにおける静的強度を測定した結果、打ち抜きのみのサンプルと比較して強度が約１０％増加した。
なお、低透磁率部の透磁率は、実施例１における場合と同程度まで低下しているものと考えられる。

さらに、モデルモータで評価した誘起起電力は、打ち抜きのみのサンプルによるモデルモータと比較して約３％増加していた。

実施例１、２、３より、フラックスの抑制効果はセンターブリッジ部が約４％、アウターブリッジ部が約３％であり、両方で約７％となっていることがわかる。

（実施例４、５）
図７（実施例４）および図８（実施例５）に示すように、磁石穴１０１の円弧空間１０２、１０５の外側に低透磁率部５を設けたものである。これは図１４および１５に示した従来の形態の電磁鋼板形成体７０および８０に本発明を適用したものである。

基材条件や形成方法は実施例１と同じにした。

これらのサンプルにおける静的強度を測定した結果、打ち抜きのみのサンプルと比較して強度はそれぞれ約１７％の増加であった。

なお、低透磁率部の透磁率は、実施例１における場合と同程度まで低下しているものと考えられる。

さらに、モデルモータで評価した誘起起電力は、打ち抜きのみのサンプルによるモデルモータと比較してそれぞれ約５％増加していた。

（実施例６）
図９に示すように、磁石穴１０１の外周側端から回転子としての外周端に至る範囲に低透磁率部５を設けたものである。これは、図１３に示した従来の形態の電磁鋼板形成体１００において本発明を適用したものである。

基材条件や形成方法は実施例１と同じにした。

このサンプルにおける静的強度を測定した結果、打ち抜きのみのサンプルと比較して強度が約１７％増加した。

なお、低透磁率部の透磁率は、実施例１における場合と同程度まで低下しているものと考えられる。

さらに、モデルモータで評価した誘起起電力は、打ち抜きのみのサンプルによるモデルモータと比較して約５％増加していた。

（実施例７）
図１０に示すように、アウターブリッジ部１５の磁石穴側で外周部１１０に至らない範囲と、センターブリッジ部１６で２つの磁石穴２および３の相対する部分に低透磁率部５を形成した。コメント：削除部分は強調しないことにしたい。

この低透磁率部５は、当該領域をレーザーピーニングにより強化することにより行った。

レーザーピーニングは、小畑稔他「パルス状レーザ照射による応力改善技術−ＳＵＳ３０４鋼に対する応力改善効果の検討」（「材料」、第４９巻、第２号、１９３−１９９ページ、平成１２年、２月発行）に開示されているものと同様な装置により行った。すなわち、グリーンのパルス光を水中にて電磁鋼板に照射することによってピーニングした。レーザーピーニングの条件はエネルギー：７０ｍＪ、電磁鋼板面におけるスポット径：Φ０．５ｍｍ、パルス密度：１００Ｐ／ｍｍ２であった。

このサンプルにおける静的強度を測定した結果、打ち抜きのみのサンプルと比較して強度が約３２％増加した。

図１１Ａは図１０におけるＡ１−Ａ２断面（低透磁率部が形成されている磁石穴端部から回転子としての外周端方向断面）における硬さ分布を調べた結果であり、図１１ＢはＢ１−Ｂ２断面（磁石穴２および３のそれぞれの端部間方向の断面）における硬さ分布を調べた結果である。

硬さ分布は板厚の中央部において、端部から端部まで調べた。縦軸は基材の硬さに対する比である。すなわち、基材の硬さが１．０になっている。レーザーピーニングを施した端部の硬さが図示の如く増していた。

このように磁石穴側で硬さが増しているので、透磁率は磁石に近い側がより小さくなっている。すなわち、フラックスバリアとしては好適であることがわかる。磁石穴側での透磁率の低下の程度は硬さの大きさ（図４と比較方）から推定すると実施例１における場合よりもさらに低下しているものと考えられる。

さらにモデルモータを用いて調べた誘起起電力の増加は、打ち抜きのみの場合に比べて約９％増であった。

以上の各実施例の結果から、本発明を適用することで電磁鋼板形成体は、低透磁率部を設けることで、フラックスロスが抑制され、しかも、低透磁率部を設ける際の加工硬化によって電磁鋼板形成体の強度も増強されていることがわかる。

（実施例８）
実施例１で試作した電磁鋼板形成体を用いて積層して、回転子（ロータ）を試作し、この試作した回転子を用いて、出力６０ｋＷ狙いのモータを仕立て評価した。比較のため、打ち抜きのままの電磁鋼板形成体を用いたロータも試作した。モータの評価では、これらロータのみ組替えて評価した。

モータでの評価は、回転数１８０００ｒｐｍ、６０ｋＷでの効率を比較したところ、実施例１の電磁鋼板形成体からなる回転子を用いたモータの場合の方が効率が上回っていた。主な要因は誘起起電力が増していること、すなわち、磁石フラックスロスが低減していることによるものである。また、この結果から、ブリッジ部において低透磁率部を設けたことでその部分の磁気特性を劣化させているにもかかわらず、その跳ね返りとしてのロータコア鉄損の増加は僅少であって、問題にならないという結論が導ける。

また、ロータを作製する段階で経験する温度（すなわち焼き嵌め温度、磁石接着剤のキュア温度等）およびモータの動作温度ではロータ強度の低下は認められなかった。すなわち、それらの温度では、強度向上を狙いとして導入された加工硬化は劣化しないということである。

以上説明した各実施例では、電磁鋼板の板厚０．３５ｍｍの場合しか例示していないが、他の板厚の場合、たとえば０．２０ｍｍなどでも本発明が適用できることはいうまでもない。

また、上記各実施例を様々な組み合わせが可能であり、たとえば、上記実施例１に実施例７の技術を組み合わせることで、より一層の強度向上と、磁石フラックスロス低減が図れることになる。

また、ブリッジ部の強度を向上させ、透磁率を劣化させる技術としては、加工硬化以外の手段もとれる。たとえば、部分的に浸炭するという手段によりブリッジ部の強度向上を図るとともに低透磁率部を形成してもよい。

また、上述した各実施の形態および実施例は、あくまでも本発明の例示に過ぎず、当業者により本発明の技術思想の範囲内において様々な変形形態が可能であり、このような変形形態も本発明に含まれるものである。

さらには、本発明の回転子ようの電磁鋼板形成体は、モータに用いるほかに、発電機などその他の回転機に適用することも可能である。

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車、また、燃料電池車などの車両の駆動モータとして用いれば、小型軽量でありながら高出力を得ることが可能となる。

本発明を適用した最良の形態における電磁鋼板形成体の磁石穴部分の拡大図である。 電磁鋼板形成体の静的強度測定を説明するための図面である。 打ち抜きのままのサンプルの静的強度測定結果である変位と荷重の関係を示すグラフである。 低透磁率部の硬さ分布を示す図面である。 実施例２の電磁鋼板形成体のセンターブリッジ部にのみ低透磁率部を形成したサンプルの磁石穴部分の拡大図である。 実施例３の電磁鋼板形成体のアウターブリッジ部にのみ低透磁率部を形成したサンプルの磁石穴部分の拡大図である。 実施例４の電磁鋼板形成体の円弧空間の外側に低透磁率部を形成したサンプルの磁石穴部分の拡大図である。 実施例５の電磁鋼板形成体の円弧空間の外側に低透磁率部を形成したサンプルの磁石穴部分の拡大図である。 実施例６の電磁鋼板形成体の磁石穴の外側部分に低透磁率部を形成したサンプルの磁石穴部分の拡大図である。 実施例７のアウターブリッジ部の磁石穴側で外周部に至らない範囲と、センターブリッジ部で２つの磁石穴の相対する部分に低透磁率部を形成したサンプルの磁石穴部分の拡大図である。 実施例７におけるブリッジ部の硬度分布を示すグラフである。 従来の電磁鋼板形成体を示す図面である。 従来の電磁鋼板形成体を示す図面である。 従来の電磁鋼板形成体を示す図面である。 従来の電磁鋼板形成体を示す図面である。 従来の電磁鋼板形成体を示す図面である。 磁石のフラックスの流れを示す図面である。 磁石のフラックスの流れを示す図面である。

符号の説明

１、１００、７０、８０ 電磁鋼板形成体
２、３ 磁石穴
５ 低透磁率部
１１０ 外周部

Claims (13)

1. 永久磁石内蔵型回転機の回転子コアを形成するために用いられる１枚の電磁鋼板形成体であって、
   永久磁石を挿入するための磁石穴と、
   前記磁石穴の周辺の一部に設けられ、他の部分より透磁率の低い低透磁率部と、
   を有することを特徴とする電磁鋼板形成体。
2. 前記低透磁率部は、少なくとも前記磁石穴の外周側開口端から回転子外周部に至らない範囲に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁鋼板形成体。
3. 前記磁石穴は、１極に対して複数の永久磁石を挿入するために１極当たり複数の磁石穴があり、
   前記低透磁率部は、当該複数の磁石穴の間に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電磁鋼板形成体。
4. 前記低透磁率部は、透磁率が均一に低下していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電磁鋼板形成体。
5. 前記低透磁率部は、透磁率が均一に低下し、かつ、磁石穴近傍においてさらに低下していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電磁鋼板形成体。
6. 前記低透磁率部は、他の部分より硬度が高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電磁鋼板形成体。
7. 前記硬度は、前記低透磁率部において均一に高いことを特徴とする請求項６記載の電磁鋼板形成体。
8. 前記硬度は、前記低透磁率部において均一に高く、かつ、磁石穴近傍においてさらに高いことを特徴とする請求項６記載の電磁鋼板形成体。
9. 前記低透磁率部は、プレスによって形成されていること特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の電磁鋼板形成体。
10. 前記低透磁率部は、レーザーピーニングによって形成されていること特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の電磁鋼板形成体。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の電磁鋼板形成体を複数積層して形成された回転子コアと、
    前記回転子コア内の磁石穴に挿入された永久磁石と、
    を有することを特徴とする永久磁石内蔵型回転機用回転子。
12. 請求項１１記載の回転子と、
    前記回転子の周りに配設された固定子と、
    を有することを特徴とする永久磁石内蔵型回転機。
13. 請求項１２記載の永久磁石内蔵型回転機を駆動源として用いたことを特徴とする車両。

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