JP2015198550A - 円筒状の磁石組立体、磁石組立体、電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明に係る円筒状磁石、それを搭載した表面磁石型電動機は、高い電動機トルクと高い耐熱性を両立した電動機を提供する。【解決手段】磁性材料からなる回転子コア１と、回転子コア１の中心部に配置されたシャフト２と、回転子コア１の外周部には、内層側磁石の内周部高保磁力タイプ磁石６と外層側磁石の外周部高磁力タイプ磁石５との二層構成を含む円筒状の磁石組立体が配置される。さらにその外周に対向し、固定子巻線４と固定子コア３からなる固定子を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、高い耐熱性を有する円筒状の磁石組立体及び円筒状の磁石組立体を搭載の電動機に関する。

近年、車載用、家電用、産業用の電動機需要は増加している。この種の代表的な電動機としては、回転子の外周面に永久磁石を搭載した表面磁石型電動機が知られている。

電動機搭載機器の高性能化のため、上記の表面磁石型電動機への小型、軽量化の要求は非常に高い。この小型、軽量化を実現するには、少ない体積で大きな電動機のトルクを出力する必要がある。一般に、電動機のトルクは電動機体格の代表寸法の一つである直径の２乗に比例して大きくなり、また軸方向の長さ寸法に比例して大きくなる。従って、電動機を単に小型化した場合、電動機のトルクが低下し、それに伴い出力も低下する。そのため、電動機の高性能化には、永久磁石の磁力を向上させることが代表的手法となる。

また、高温になるエンジンルーム付近で使用する車載用電動機・電装用電動機などに代表されるように、車載用や電装用の電動機には耐熱性も要求される。これらの電動機に搭載される永久磁石においても高温暴露された際の熱による磁力の低下が課題であり、永久磁石の磁力向上と耐熱性向上の両立が重要となる。

磁石の磁気特性は、残留磁束密度、保磁力、最大エネルギー積に代表されるが、磁力の指標となる残留磁束密度と耐熱性の指標となる保磁力は相反する関係にあり、通常のケースでは、残留磁束密度を高くする工夫を採用すると保磁力は低下する。従って、一般的には永久磁石単体での磁力向上と耐熱性向上の両立は困難である。

上記内容を鑑み、保磁力の異なる２種類の磁石を用い、電動機構造として磁力向上と耐熱性向上を両立する試みがなされている。

例えば、特許文献１などには、多極着磁して用いる円筒状磁石素材において、内層の内層側磁石とこの内層の内層側磁石の外周に配置された外層と、外層の外層側磁石うち、着磁後に極の変わり目となる部分に配置された極変わり目部とが一体的に形成されており、内層の内層側磁石の保磁力＜外層の外層側磁石の保磁力＜局の変わり目部の保磁力の関係をみたして、高磁力を維持しつつ、耐熱性を高めている。

また、例えば特許文献２などには、第一の磁性粉を有する第一の磁石成形体と、前記第一の磁性粉とは異なる第二の磁性粉を有する第二の磁石成形体と、を積層してなり、前記第１及び第２の磁石成形体は、磁性粉と、前記磁性粉を決着する酸化物ガラス質からなるバインダーとを有する積層磁石において、前記第一の磁性粉は前記第二の磁性粉に比べ保磁力が高く、前記第二の磁性粉は前記第一の磁性粉に比べ残留磁束密度が高く設定し、高磁力を維持しつつ、耐熱性を高めている。

特開２０１０−９８８６３号公報 特開２００８−１３０７８１号公報

特許文献１や、特許文献２などに記された手法は、表面磁石型電動機か磁石埋め込み型電動機の違いはあるが、磁石内部に加わる反磁界の影響を考慮し、反磁界の大きい部分に耐熱性の高い高保磁力の磁石を配置している。特に特許文献１では、磁石内部の磁界分布計算値が示され、それに従い、電動機の回転子外周側に配置される磁石の保磁力を高めている。

しかしながら、鋭意研究を重ねた本発明においては、磁石の着磁率と温度を考慮した減磁曲線を各要素に割り付けた有限要素法を用いた磁界解析によって、特許文献１や、特許文献２などに記された内容とは異なる新たな知見を得ている。

すなわち、多極着磁をして用いる円筒状磁石が、内層の内層側磁石と、前記内層の内層側磁石の外周に配置された外層とからなり、前記内層の内層側磁石保磁力が前記外層の外層側磁石保磁力よりも高いことで、良好な耐熱性を得られる。上述の特許文献１や、特許文献２などに記された内容とは異なる新たな知見を得るに至る磁界解析の（ステップＡ）〜（ステップＧ）を下記に示す。

新たな知見を得るに際して採用した磁界解析の概要を以下に示す。

まず、下記の磁気特性の測定を行う。
・最大印加磁界を徐々に増加させたときのヒステリシスループを測定する。
・室温Ｔ_ＲＴで着磁し、高温Ｔ_ＥＸに昇温した状態での減磁曲線を測定する。
・高温Ｔ_ＥＸから室温Ｔ_ＲＴに戻す際の磁化の温度係数α_Ｉを測定する。

次に、上記の結果から、下記の４項目を定式化する。
・着磁磁界と保磁力の関係式（室温）
・着磁磁界と保磁力の関係式（高温）
・保磁力の大きさとＢ−Ｈ曲線の関係（室温）
・保磁力の大きさとＢ−Ｈ曲線の関係（高温）
上記の磁界解析の概要の手順の一例を下記に示す。

（ステップＡ）
有限要素法による磁界解析における着磁ヨークとコイル、回転子コア及び円筒状の磁石組立体（リング磁石など）のモデリングを行う。

（ステップＢ）
有限要素法による磁界解析における各エリアに材料特性を定義する。

（ステップＣ１）
有限要素法による磁界解析における各エリアをメッシュ分割し、励磁電流をコイルに通電させる。

（ステップＣ２）
励磁電流を流すことで発生する磁界強度Ｈをメッシュ分割した要素ごとに取得する。

（ステップＤ）
あらかじめ測定、定式化した保磁力と着磁界の関係式から、メッシュ分割した要素ごとに保磁力とＢ−Ｈ曲線を割り付ける。

（ステップＥ１）
着磁ヨークとコイルを削除し、磁石内の各要素に５で得た要素ごとの保磁力とＢ−Ｈ曲線を定義し磁界解析を実行する。

（ステップＥ２）
上記（ステップＥ１）の磁界解析で得られた磁石内部のメッシュ分割した要素ごとのＢとＨの値を利用して、Ｉ＝Ｂ−μ_０Ｈの関係を利用して、要素ごとの磁化の値Ｉ_ＲＴを取得する。

（ステップＦ）
高温においても上記と同様の解析を行いメッシュ分割した要素ごとの磁化の値Ｉ_ＥＸを取得する。

（ステップＧ）
これらの値と実測したα_Ｉ、および以下の（１）式からメッシュ分割した要素ごとの減磁率を計算する。

上記の課題を解決するために、本発明では、多極着磁をして用いる円筒状磁石が、内層の内層側磁石と、前記内層の内層側磁石の外周に配置された外層とからなり、前記内層の内層側磁石の保磁力が前記外層の外層側磁石の保磁力よりも高いことを特徴とする円筒状磁石とする。

また、前記円筒状磁石の内層の内層側磁石と外層の外層側磁石とが一体成形されたことを特徴とする円筒状磁石とする。

さらに、円筒状磁石の内周部、外周部のいずれか一方、または両方が磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石であることを特徴とする円筒状磁石とする。

さらにまた、前記円筒状磁石が、複数のティースを有する固定子鉄心と前記複数のティース間のスロットに配置する巻線とを主構成とする着磁ヨークによって、外周側から着磁されたことを特徴とする円筒状磁石とする。

また、複数のティースを有する固定子鉄心と、前記複数のティース間のスロットに配置する巻線と、前記固定子鉄心内配置される回転子を主構成とする電動機において、回転子の外周に配置される磁石が、前記の円筒状磁石であることを特徴とする電動機とする。

本発明によれば、多極着磁をして用いる円筒状磁石が、内層の内層側磁石と、前記内層の内層側磁石の外周に配置された外層とからなり、前記内層の内層側磁石の保磁力が前記外層の外層側磁石の保磁力よりも高いことを特徴とする円筒状磁石とすることで、減磁率の大きな内周側の保磁力を大きくし、減磁率を低減することができる。

また、前記円筒状磁石の内層の内層側磁石と外層の外層側磁石が一体成形されたことを特徴とする円筒状磁石とすることで、内層の内層側磁石と外層の外層側磁石の空間が限りなく小さくなり磁石の動作点が向上し、着磁性や着磁された後の発生磁束密度が向上する。

さらに、前記円筒状磁石の内周部、外周部のいずれか一方、または両方が磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石であることを特徴とする円筒状磁石とすることで、磁石のいずれか一方、または両方が樹脂成分を含むため、柔軟性を持つこととなり内層の内層側磁石と外層の外層側磁石との接合面での線膨張係数差からくる応力による磁石割れを防止し、かつ一体成形時の残留応力による磁石割れも防止できる。

さらにまた、前記円筒状磁石が、複数のティースを有する固定子鉄心と前記複数のティース間のスロットに配置する巻線とを主構成とする着磁ヨークによって、外周側から着磁されたことを特徴とする円筒状磁石とすることで、外周側にはより大きな径方向成分の着磁磁界が印加される。

また、複数のティースを有する固定子鉄心と、前記複数のティース間のスロットに配置する巻線と、前記固定子鉄心内配置される回転子を主構成とする電動機において、回転子の外周に配置される磁石が、前記円筒状磁石であることを特徴とする電動機とすることで、高出力かつ、減磁率の低い耐熱性の高い電動機が提供可能となる。

本発明の円筒状の磁石組立体を搭載する電動機の構成図 比較例の円筒状の磁石組立体を搭載する電動機の構成図 （ａ）高磁力タイプの常温のＩ−Ｈ減磁曲線を示すグラフ、（ｂ）高磁力タイプの常温のＢ−Ｈ減磁曲線を示すグラフ、（ｃ）高磁力タイプの高温のＩ−Ｈ減磁曲線を示すグラフ、（ｄ）高磁力タイプの高温のＢ−Ｈ減磁曲線を示すグラフ （ａ）高保磁力タイプの常温のＩ−Ｈ減磁曲線を示すグラフ、（ｂ）高保磁力タイプの常温のＢ−Ｈ減磁曲線を示すグラフ、（ｃ）高保磁力タイプの高温のＩ−Ｈ減磁曲線を示すグラフ、（ｄ）高保磁力タイプの高温のＢ−Ｈ減磁曲線を示すグラフ 磁石の着磁率と温度を考慮した減磁曲線を各要素に割り付けた有限要素法解析手順のフローチャート 本発明の減磁率分布を示す図 比較例の減磁率分布を示す図 本発明の多層構造を含む磁石組立体を示す図 本発明の扇型円弧状の断面の柱状体の磁石組立体を搭載する電動機の構成図 本発明の柱状（板体状）の磁石組立体を回転子に埋設する電動機の構成図 本発明の扇型円弧状の断面の柱状体の磁石組立体を回転子に埋設する構成図 本発明の柱状（板体状）の磁石組立体を回転子に埋設する誘導動機電動機の回転子を示す図

第１の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される円筒状の磁石組立体において、この円筒状の磁石組立体は、前記固定子と対向する外層側に位置する外層側磁石と、この外層側磁石よりも内層の内層側磁石との二層構成を含む円筒状の磁石組立体であり、前記内層側磁石の保磁力と前記外層側磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記内層側磁石に配置する構成を含む円筒状の磁石組立体である。

第２の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される円筒状の磁石組立体において、この円筒状の磁石組立体は、前記固定子と対向する外層側に位置する外層側磁石と、この外層側磁石よりも内層の内層側磁石との二層構成を含む円筒状の磁石組立体であり、前記円筒状の磁石組立体の構成材には一体成形体を含み、かつ、前記内層側磁石の保磁力と前記外層側磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記内層側磁石に配置する構成を含む円筒状の磁石組立体である。

第３の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される円筒状の磁石組立体において、この円筒状の磁石組立体は、前記固定子と対向する外層側に位置する外層側磁石と、この外層側磁石よりも内層の内層側磁石との二層構成を含む円筒状の磁石組立体であり、前記円筒状の磁石組立体の構成材には磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石を含む一体成形体を含み、かつ、前記内層側磁石の保磁力と前記外層側磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記内層側磁石に配置する構成を含む円筒状の磁石組立体である。

第４の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される円筒状の磁石組立体において、この円筒状の磁石組立体は、前記固定子と対向する外層側に位置する外層側磁石と、この外層側磁石よりも内層の内層側磁石との二層構成を含む円筒状の磁石組立体であり、前記円筒状の磁石組立体の構成材には磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石を含む一体成形体を含み、かつ、前記内層側磁石の保磁力と前記外層側磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記内層側磁石に配置する構成を含む円筒状磁石であり、前記外層側磁石及び／又は前記内層側磁石にボンド磁石を配置する構成を含む円筒状の磁石組立体である。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明の円筒状の磁石組立体の着磁の状態にラジアル着磁を含む磁石組立体である。

第６の発明は、第１の発明から第５の発明の円筒状の磁石組立体を電動機の回転子に含み、前記円筒状の磁石組立体の外層側磁石と、電動機の固定子とが相対する構成を含む電動機である。

第７の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層の第二層目の第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体である。

第８の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層の第二層目の第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、前記磁石組立体の構成材には一体成形体を含み、かつ、前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体である。

第９の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層の第二層目の第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、前記磁石組立体の構成材には磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石を含む一体成形体を含み、かつ、前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体である。

第１０の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層の第二層目の第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、前記磁石組立体の構成材には磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石を含む一体成形体を含み、かつ、前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体であり、前記第一層磁石及び／又は前記第二層磁石にボンド磁石を配置する構成を含む磁石組立体である。

第１１の発明は、第７の発明から第１０の発明の磁石組立体の形状を円筒状とし、この円筒状の磁石組立体の着磁の状態にラジアル着磁を含む磁石組立体である。

第１２の発明は、第７の発明から第１０の発明の磁石組立体の形状を.扇型円弧状の断面の柱状体であり、この扇型円弧状の断面の柱状体の磁石組立体に着磁による磁極部を含む磁石組立体である。

第１３の発明は、第７の発明から第１２の発明の磁石組立体を電動機の回転子に含み、前記磁石組立体の第一層磁石と、電動機の固定子とが相対する構成を含む電動機である。

第１４の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層に位置する複数の磁石層との多層構造を含む磁石組立体であり、各々の磁石層の全て又は一部分は互いに異なる値の保磁力を有し、最大の保磁力を有する磁石の層を最内層に配置又は最内層近傍に配置する構成を含む磁石組立体である。

第１５の発明は、第１４の発明の磁石組立体の形状を円筒状とし、この円筒状の磁石組立体の着磁された状態にラジアル着磁を含む磁石組立体である。

第１６の発明は、第１４の発明の磁石組立体の形状を扇型円弧状の断面の柱状体であり、この扇型円弧状の断面の柱状体の磁石組立体に着磁された磁極部を含む磁石組立体である。

第１７の発明は、第１４の発明から第１６の発明の磁石組立体を電動機の回転子に含み、前記磁石組立体の第一層磁石と、電動機の固定子とが相対する構成を含む電動機である。

第１８の発明は、電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子の内部に配置される板状又は瓦状の磁石組立体において、この磁石組立体は、前記固定子の方向に相対する一主面を含む第一層磁石と、前記回転子の回転軸の方向に相対する他方の一主面を含む第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体である。

第１９の発明は、第１８の発明の磁石組立体に着磁された磁極部を含む磁石組立体である。

第２０の発明は、第１８の発明から第１９の発明の磁石組立体を電動機の回転子に含み、前記固定子の方向に相対する側に前記磁石組立体の第一層磁石を配置する構成を含む電動機である。

第２１の発明は、第６の発明、第１３の発明、第１７の発明及び第２０の発明の電動機において、電動機の固定子に集中巻の固定子巻線を含む電動機である。

第２２の発明は、第６の発明、第１３の発明、第１７の発明及び第２０の発明の電動機において、電動機の固定子に分布巻の固定子巻線を含む電動機である。

第２３の発明は、第６の発明、第１３の発明、第１７の発明及び第２０の発明の電動機において、電動機の固定子に波巻の固定子巻線を含む電動機である。

第２４の発明は、第６の発明、第１３の発明、第１７の発明及び第２０の発明の電動機において、電動機の構成に内転型の構成を含む電動機である。

第２５の発明は、第６の発明、第１３の発明、第１７の発明及び第２０の発明の電動機において、電動機の構成に外転型の構成を含む電動機である。

第２６の発明は、第６の発明、第１３の発明、第１７の発明及び第２０の発明の電動機において、電動機の固定子巻線の材質に銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかを含む電動機である。

第２７の発明は、第２０の発明の電動機において、電動機の構成に誘導動機型電動機の構成を含む電動機である。

上述の本発明における磁石は、磁石の着磁率と温度を考慮した減磁曲線を各要素に割り付けた有限要素法で解析し、電動機回転子において減磁率の高い部分に高保磁力材を用いる構成である。そして、本発明は、表面磁石型の電動機のほか、外転型の回転子構造の電動機、磁石埋設型回転子構造（ＩＰＭ構造）の電動機などあらゆる電動機に適応可能で、高磁力と高耐熱性が両立可能である。

以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態及び実施例によって本発明が限定されるものではない。

次に本発明の実施例について説明する。図１に、本発明の磁石組立体である円筒状磁石を搭載した電動機の構成図を示す。本発明の電動機は、磁性材料からなる回転子コア１と、回転子コア１の中心部に配置されたシャフト２と、回転子コア１の外周部には、内層側磁石の内周部高保磁力タイプ磁石６と外層側磁石の外周部高磁力タイプ磁石５との二層構成を含む円筒状の磁石組立体が配置される。さらにその外周に対向し、固定子巻線４と固定子コア３からなる固定子を備える。

特に、内周部高保磁力タイプ磁石６は保磁力が６３９（ｋＡ／ｍ）のモリコープマグネクエンチ製のメルトスピニング法によって作製されたフレーク状のＮｄＦｅＢ磁石粉末とポリアミド樹脂を主成分とする樹脂とからなるボンド磁石である。

一方、外周部高磁力タイプ磁石５は保磁力が４７５（ｋＡ／ｍ）のモリコープマグネクエンチ製のメルトスピニング法によって作製されたフレーク状のＮｄＦｅＢ磁石粉末とポリアミド樹脂を主成分とする樹脂とからなるボンド磁石である。

また、外周部高磁力タイプ磁石５の外径の直径寸法は５０．３ｍｍで、内周部高保磁力タイプ磁石６の外径の直径寸法は４７．３ｍｍで、回転子コア１の外径の直径寸法は４６．８ｍｍである。これら磁石は一体成形で作成され内周部高保磁力タイプ磁石６と外周部高磁力タイプ磁石５とのギャップレスで、かつボンド磁石であるため樹脂成分が応力を緩和し破壊することはない。

図２に、比較例の円筒状磁石を搭載した電動機構成図を示す。比較例に係る電動機は、磁性材料からなる回転子コア１と、回転子コア１の中心部に配置されたシャフト２と、回転子コア１の外周部に配置される高保磁力タイプ磁石７と、さらにその外周に対向し、固定子巻線４と固定子コア３からなる固定子を備える。

特に、高保磁力タイプ磁石７は保磁力が６３９（ｋＡ／ｍ）のモリコープマグネクエンチ製のメルトスピニング法によって作製されたフレーク状のＮｄＦｅＢ磁石粉末とポリアミド樹脂を主成分とする樹脂とからなるボンド磁石である。また高保磁力タイプ磁石７の外径の直径寸法は５０．３ｍｍで、回転子コア１の外径の直径寸法は４６．８ｍｍである。

図３に解析に使用した高磁力タイプの（ａ）常温のＩ−Ｈ減磁曲線、（ｂ）常温のＢ−Ｈ減磁曲線、（ｃ）高温のＩ−Ｈ減磁曲線、（ｄ）高温のＢ−Ｈ減磁曲線を示す。

図４に解析に使用した高保磁力タイプの（ａ）常温のＩ−Ｈ減磁曲線、（ｂ）常温のＢ−Ｈ減磁曲線、（ｃ）高温のＩ−Ｈ減磁曲線、（ｄ）高温のＢ−Ｈ減磁曲線を示す。

表１に高磁力タイプの磁石の磁気特性と、高保磁力タイプの磁石の磁気特性を示す。

図１、図２に示される電動機構造と、図３、図４及び表１で示される材料特性を用い、図５の磁石の着磁率と温度を考慮した減磁曲線を各要素に割り付けた有限要素法解析手順により各要素の減磁率、保磁力、反磁界を算出する。解析の手順は、上述の磁界解析の内容と同様である。まず、解析モデルの作成、そして各エリアに材料特性の定義後、メッシュ分割し、着磁解析を行い、各要素に減磁曲線を割り付けた。その後、再度磁界解析を実行し、常温の磁石内部の各要素の磁化の値と高温の磁石内部の各要素の磁化の値を取得し、これらの値から、各要素の減磁率を計算する。

本発明の円筒状磁石を搭載した電動機の減磁率を図６に示す。また比較例の円筒状磁石を搭載した電動機の減磁率を図７に示す。本発明の平均減磁率は３３．１％で比較例の減磁率３８．２％に対して低く耐熱性の高い構成となっていることが解る。また、図７の比較例の円筒状磁石を搭載した電動機の磁石内部の減磁率をみると、磁石内周部の減磁率が大きくなっていることも確認できる。

なお、上述の実施例における磁石組立体の形状は、円筒形状であるが、電動機の構成によって、磁石組立体の形状は適宜に他の形状を選択しても本発明は実施可能である。磁石組立体の形状は、板体や、瓦状（扇型円弧状の断面の柱状体）など適宜に選択する。

また、上述の実施例における磁石組立体は、異なる磁気特性を有する磁石からなる二層構造であったが、複数層の構造を有する磁石組立体を選択しても本発明は実施可能である。図８には、本発明の多層構造を含む磁石組立体の一例を示す。磁石組立体８には、磁石層９、磁石層１０、磁石層１１、磁石層１２及び磁石層１３を有する。これら各磁石層の全て又は一部分は互いに異なる値の保磁力を有し、最大の保磁力を有する磁石の層を最内層に配置又は最内層近傍に配置する構成を含む磁石組立体である。

なお、上述の実施例における電動機の構成は、内転型の電動機、外転型の電動機、誘導動機型の電動機、軸方向空隙型の電動機など、いずれの構成でもよく、特に限定されない。図９には、本発明の扇型円弧状の断面の柱状体の磁石組立体を搭載する電動機の一例を示す。

また、上述の実施例における電動機の回転トルクを得る構成は、マグネットトルク又は／及びリラクタンストルクを得る構成など、いずれの構成でもよく、特に限定されない。図１０には、本発明の柱状（板体状）の磁石組立体を回転子に埋設する電動機の一例を示す。この電動機の回転トルクには、マグネットトルク及びリラクタンストルクを含むものである。図１１には、本発明の扇型円弧状の断面の柱状体の磁石組立体を回転子に埋設する構成の一例を示す。この回転子を搭載する電動機の回転トルクには、図１０に示す電動機と同様に、マグネットトルク及びリラクタンストルクを含むものである。

図１２には、本発明の柱状（板体状）の磁石組立体を回転子に埋設する誘導動機電動機の回転子の一例を示す。誘導動機電動機の回転子であることから、かご形導体を形成する導体バー１５と、空孔である磁束短絡防止用スリット１４を有する。

また、上述の実施例における電動機の固定子の固定子巻線の構成は、集中巻、分布巻、波巻など、いずれの構成でもよく、特に限定されない。

なお、上述の内転型の電動機、外転型の電動機、誘導動機型の電動機、軸方向空隙型の電動機、マグネットトルク又は／及びリラクタンストルクを得る構成、固定子巻線の集中巻、固定子巻線の分布巻、固定子巻線の波巻などの内容については、当業者であれば自明のことであり、詳細な説明については割愛する。

本発明に係る磁石組立体を搭載する電動機は、電動機のトルク及びその耐熱性とをいずれも高めることが可能であり、産業的価値の大いなるものである。

１ 回転子コア
２ シャフト
３ 固定子コア
４ 固定子巻線
５ 外周部高磁力タイプ磁石
６ 内周部高保磁力タイプ磁石
７ 高保磁力タイプ磁石

Claims (27)

1. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される円筒状の磁石組立体において、
   この円筒状の磁石組立体は、前記固定子と対向する外層側に位置する外層側磁石と、この外層側磁石よりも内層の内層側磁石との二層構成を含む円筒状の磁石組立体であり、
   前記内層側磁石の保磁力と前記外層側磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記内層側磁石に配置する構成を含む円筒状の磁石組立体。
2. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される円筒状の磁石組立体において、
   この円筒状の磁石組立体は、前記固定子と対向する外層側に位置する外層側磁石と、この外層側磁石よりも内層の内層側磁石との二層構成を含む円筒状の磁石組立体であり、前記円筒状の磁石組立体の構成材には一体成形体を含み、かつ、前記内層側磁石の保磁力と前記外層側磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記内層側磁石に配置する構成を含む円筒状の磁石組立体。
3. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される円筒状の磁石組立体において、
   この円筒状の磁石組立体は、前記固定子と対向する外層側に位置する外層側磁石と、この外層側磁石よりも内層の内層側磁石との二層構成を含む円筒状の磁石組立体であり、前記円筒状の磁石組立体の構成材には磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石を含む一体成形体を含み、かつ、前記内層側磁石の保磁力と前記外層側磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記内層側磁石に配置する構成を含む円筒状の磁石組立体。
4. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される円筒状の磁石組立体において、
   この円筒状の磁石組立体は、前記固定子と対向する外層側に位置する外層側磁石と、この外層側磁石よりも内層の内層側磁石との二層構成を含む円筒状の磁石組立体であり、前記円筒状の磁石組立体の構成材には磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石を含む一体成形体を含み、かつ、前記内層側磁石の保磁力と前記外層側磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記内層側磁石に配置する構成を含む円筒状磁石であり、前記外層側磁石及び／又は前記内層側磁石にボンド磁石を配置する構成を含む円筒状の磁石組立体。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の円筒状の磁石組立体の着磁の状態にラジアル着磁を含む磁石組立体。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の円筒状の磁石組立体を電動機の回転子に含み、前記円筒状の磁石組立体の外層側磁石と、電動機の固定子とが相対する構成を含む電動機。
7. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、
   この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層の第二層目の第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、
   前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体。
8. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、
   この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層の第二層目の第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、前記磁石組立体の構成材には一体成形体を含み、かつ、前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体。
9. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、
   この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層の第二層目の第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、前記磁石組立体の構成材には磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石を含む一体成形体を含み、かつ、前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体。
10. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、
    この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層の第二層目の第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、前記磁石組立体の構成材には磁石粉末と樹脂を主成分とするボンド磁石を含む一体成形体を含み、かつ、前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体であり、前記第一層磁石及び／又は前記第二層磁石にボンド磁石を配置する構成を含む磁石組立体。
11. 請求項７から請求項１０のいずれかに記載の磁石組立体の形状は円筒状であり、この円筒状の磁石組立体の着磁の状態にラジアル着磁を含む磁石組立体。
12. 請求項７から請求項１０のいずれかに記載の磁石組立体の形状は扇型円弧状の断面の柱状体であり、この扇型円弧状の断面の柱状体の磁石組立体に着磁による磁極部を含む磁石組立体。
13. 請求項７から請求項１２のいずれかに記載の磁石組立体を電動機の回転子に含み、前記磁石組立体の第一層磁石と、電動機の固定子とが相対する構成を含む電動機。
14. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子における前記固定子に相対する面を少なくとも含む位置に配置される磁石組立体において、
    この磁石組立体は、前記固定子と対向する第一層目の第一層磁石と、この第一層磁石よりも内層に位置する複数の磁石層との多層構造を含む磁石組立体であり、
    各々の磁石層の全て又は一部分は互いに異なる値の保磁力を有し、最大の保磁力を有する磁石の層を最内層に配置又は最内層近傍に配置する構成を含む磁石組立体。
15. 請求項１４に記載の磁石組立体の形状は円筒状であり、この円筒状の磁石組立体の着磁された状態にラジアル着磁を含む磁石組立体。
16. 請求項１４に記載の磁石組立体の形状は扇型円弧状の断面の柱状体であり、この扇型円弧状の断面の柱状体の磁石組立体に着磁された磁極部を含む磁石組立体。
17. 請求項１４から請求項１６のいずれかに記載の磁石組立体を電動機の回転子に含み、前記磁石組立体の第一層磁石と、電動機の固定子とが相対する構成を含む電動機。
18. 電動機の固定子と空隙を介して相対しかつ回転自在に支承される回転子の内部に配置される板状又は瓦状の磁石組立体において、
    この磁石組立体は、前記固定子の方向に相対する一主面を含む第一層磁石と、前記回転子の回転軸の方向に相対する他方の一主面を含む第二層磁石との二層構成を含む磁石組立体であり、
    前記第一層磁石の保磁力と前記第二層磁石の保磁力とは互いに異なる値を有し、保磁力の値の大きい方の磁石を前記第二層磁石に配置する構成を含む磁石組立体。
19. 請求項１８に記載の磁石組立体に着磁された磁極部を含む磁石組立体。
20. 請求項１８又は請求項１９のいずれかに記載の磁石組立体を電動機の回転子に含み、前記固定子の方向に相対する側に前記磁石組立体の第一層磁石を配置する構成を含む電動機。
21. 請求項６、請求項１３、請求項１７又は請求項２０のいずれかに記載の電動機において、電動機の固定子に集中巻の固定子巻線を含む電動機。
22. 請求項６、請求項１３、請求項１７又は請求項２０のいずれかに記載の電動機において、電動機の固定子に分布巻の固定子巻線を含む電動機。
23. 請求項６、請求項１３、請求項１７又は請求項２０のいずれかに記載の電動機において、電動機の固定子に波巻の固定子巻線を含む電動機。
24. 請求項６、請求項１３、請求項１７又は請求項２０のいずれかに記載の電動機において、電動機の構成に内転型の構成を含む電動機。
25. 請求項６、請求項１３、請求項１７又は請求項２０のいずれかに記載の電動機において、電動機の構成に外転型の構成を含む電動機。
26. 請求項６、請求項１３、請求項１７又は請求項２０のいずれかに記載の電動機において、電動機の固定子巻線の材質に銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかを含む電動機。
27. 請求項２０に記載の電動機において、電動機の構成に誘導動機型電動機の構成を含む電動機。