JP2020129888A - ハルバッハ配列ロータ、モータ、電動圧縮機、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハルバッハ配列の永久磁石を備えたロータの性能やコストの改良を図ること。【解決手段】ロータ１は、環状の永久磁石１０と、永久磁石１０を径方向内側から支持する支持体２０とを備える。永久磁石１０は、ロータ１の軸方向に対して直交する面に沿って、ハルバッハ配列に磁化されている。支持体２０には、ロータ１の軸周りに並ぶ複数の空隙２１が形成されている。永久磁石１０を着磁する際は、永久磁石１０の周りに主着磁器３０を配置するとともに、空隙２１に副着磁器４０の副コイル４１を挿入するとよい。【選択図】図２

Description

本発明は、ハルバッハ配列（Halbach array）の永久磁石を備えたロータ、モータ、電動圧縮機、およびハルバッハ配列ロータの製造方法に関する。

高トルク密度を実現可能なハルバッハ配列の永久磁石からなる界磁を利用した回転電機の実用化に向けた研究が進められている。
ハルバッハ配列の磁石を得るため、例えば、特許文献１では、未磁化の環状に組み付けられた硬磁性体の径方向外側に着磁器が配置され、径方向内側に軟磁性体が配置された状態で第１の着磁ステップを行った後、径方向内側の軟磁性体を取り外して第２の着磁ステップを行う。

特開２０１０−１３０８１８号公報

特許文献１に記載された製造方法により得られるハルバッハ配列の界磁、およびその内側に設けられる軟磁性体は、ロータとして用いる際の重量等の観点から性能やコストに改良の余地がある。
本発明は、ハルバッハ配列の永久磁石を備えたロータの性能やコストの改良を図ることを目的とする。

本発明は、環状の永久磁石と、永久磁石を径方向内側から支持する支持体とを備えるロータであって、永久磁石は、ロータの軸方向に対して直交する面に沿って、ハルバッハ配列に磁化され、支持体には、ロータの軸周りに並ぶ複数の空隙が形成されていることを特徴とする。

本発明のハルバッハ配列ロータにおいて、永久磁石は、径方向に沿った向きに磁化されている径方向磁極を含み、複数の空隙は、径方向磁極の位置に対応して周方向に分布していることが好ましい。

本発明のハルバッハ配列ロータにおいて、空隙の数は、径方向磁極の数と一致していることが好ましい。

本発明のハルバッハ配列ロータにおいて、空隙は、ロータの径方向の内側から外側に向かうにつれて拡がる扇形の横断面を呈することが好ましい。

本発明のハルバッハ配列ロータにおいて、支持体において空隙よりも永久磁石側の部分の径方向の厚さは、永久磁石の径方向の厚さと比べて小さいことが好ましい。

本発明のハルバッハ配列ロータにおいて、支持体は、非磁性体であることが好ましい。

本発明のモータは、ステータと、ステータに対して回転される上述のハルバッハ配列ロータと、を備えることを特徴とする。

本発明の電動圧縮機は、流体を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する上述のモータと、モータによる回転駆動力を圧縮機構に伝達する回転軸と、圧縮機構、モータ、および回転軸を収容するハウジングと、を備え、ロータの空隙は、流体が流れる流路であることを特徴とする。

また、本発明は、環状の永久磁石と、永久磁石を径方向内側から支持する支持体とを備えるロータを製造する方法であって、未磁化の環状の磁石素材に磁界を与えることで、ロータの軸方向に対して直交する面に沿ってハルバッハ配列に磁化された永久磁石を得る着磁工程は、磁石素材よりも径方向外側に配置される主着磁器、および支持体におけるロータの軸周りに並ぶ複数の空隙にそれぞれ配置される副着磁器の両方を用いて磁石素材を磁化させる径方向着磁ステップと、主着磁器および副着磁器のうち主着磁器のみを用いて磁石素材を磁化させる周方向着磁ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明のハルバッハ配列ロータの製造方法において、径方向着磁ステップと、周方向着磁ステップとに亘り、副着磁器を空隙に継続して配置することが好ましい。

本発明のハルバッハ配列ロータの製造方法において、副着磁器は、空芯コイルを備えることが好ましい。

本発明のハルバッハ配列ロータの製造方法において、副着磁器は、コイルおよび鉄心を備えることが好ましい。

本発明によれば、永久磁石を支持する支持体の軸周りに、着磁用のコイルを位置決めして配置可能な複数の空隙が並んで形成されているため、ハルバッハ配列に適合する磁界の印加により、所定の磁極パターンに着磁された永久磁石と支持体とを備えたロータを提供することができる。

また、本発明のロータの製造方法によれば、永久磁石の磁石素材の周りに配置される主着磁器と、支持体の空隙にコイルが配置される副着磁器とを用いて着磁を行うことにより、着磁性と製造性とを両立させ、軽量化およびコスト低減を図りつつ、かつハルバッハ配列による磁気特性を十分に発揮させて、ロータが適用されるモータ等の性能向上に寄与することができる。

本発明の実施形態に係るハルバッハ配列ロータを示す斜視図である。 図１に示すロータの横断面およびハルバッハ配列の磁極パターンを示す模式図である。 （ａ）は、磁石素材、主着磁器、および副着磁器を示す斜視図である。（ｂ）は、副着磁器の空芯コイルの外観を示す図である。 図１に示すハルバッハ配列ロータを製造する手順を示すフロー図である。 （ａ）は、径方向着磁ステップを説明するための図である。（ｂ）は、周方向着磁ステップを説明するための図である。 本発明の変形例に係る副着磁器と、主着磁器および磁石素材とを示す図である。 図１に示すハルバッハ配列ロータを電動圧縮機に適用した例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
（全体構成）
図１および図２に示すロータ１は、軸方向Ｄ１に対して直交する面に沿ってハルバッハ配列に磁化されている円環状の永久磁石１０と、永久磁石１０を径方向内側から支持する支持体２０とを備えている。ロータ１は、図示しないステータと共に、電動機や発電機等の回転電機を構成する。支持体２０には、ロータ１の軸周りに並ぶ複数の空隙２１が形成されている。

（ハルバッハ配列）
ハルバッハ配列は、所定の方向に２πのｎ等分ずつ磁極の方向を変化させた永久磁石の配列を言う。ｎは２以上の整数である。ハルバッハ配列によれば、特定の方向に磁界強度を増大させることができる。
本実施形態の永久磁石１０は、磁界の均一性を向上させるため、ロータ１の周方向Ｄ２に配列された複数の永久磁石セグメント１０１からなることが好ましい。本実施形態におけるセグメント１０１の数は２４である。これに限らず、永久磁石１０を適宜な数のセグメント１０１に分割することができる。永久磁石１０は、軸心に対する角度が等しいセグメント１０１に必ずしも等分されている必要はなく、各セグメント１０１の軸心に対する角度が異なっていてもよい。また、セグメント１０１から構成される永久磁石１０の形態は、円環状に限らず、多角形状であってもよい、

図２に、各セグメント１０１における磁極の向きを矢印で示している。永久磁石１０は、ロータ１の径方向に沿った向きに磁化されている径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６を有している。周方向Ｄ２に隣り合う径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６間の角度は６０°である。図２には、ロータ１の外周面における径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６のＳとＮの極性を示している。
本実施形態では、永久磁石１０の周方向Ｄ２において径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の向きが６０°ずつ変化している。これに限らず、永久磁石１０の径方向磁極の向きが、４５°ずつ、あるいは９０°ずつ変化していてもよい。

径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６のうち、ロータ１の周方向Ｄ２に隣り合い、かつ径方向に逆向きであるもの、例えば、径方向磁極Ｐ１，Ｐ２は、対をなしており、図２に一点鎖線の矢印で磁束の一例を示しているように、同じ磁束が通る磁路を形成する。そして、一対の一方の径方向磁極Ｐ１から、他方の径方向磁極Ｐ２まで、複数のセグメント１０１に亘り磁極の向きが次第に変化している。他の対の径方向磁極であるＰ２，Ｐ３や、Ｐ３，Ｐ４、あるいはＰ４，Ｐ５等についても同様である。
一対の径方向磁極を含む領域を「一極対」と称するものとする。一極対は、例えば、図２に破線で囲んで示す領域に相当する。永久磁石１０は、全体として三極対を備えている。

永久磁石１０における磁極の配列によれば、発生する磁束は主に永久磁石１０の内部（肉厚部分）を通過する。永久磁石１０が発生させる磁束と、図示しないステータの電機子コイルが発生させる磁束との電磁気的な相互作用により、高トルク密度を実現することができる。

（永久磁石）
永久磁石１０は、特定方向への残留磁束密度および保磁力が大きい異方性磁石、例えば、ネオジム、鉄、ホウ素を主成分とするネオジム磁石や、サマリウムおよびコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等であることが好ましい。
ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石は、異方性を十分に確保するため、粉末冶金法により、粉砕、金型を用いた成形、および焼結の過程を経て製作された磁石素材に対して、着磁することで製造されることが好ましい。成形は、磁界の印加により磁区の磁化容易軸の向きを揃えながら行われる。

粉末冶金法により製作された磁石素材から、各セグメント１０１の形態に加工したものを支持体２０に固定することで、未磁化の環状の磁石素材が設けられた支持体２０を得ることができる。この支持体２０に設けられた磁石素材を着磁することで、ロータ１が製造される。各セグメント１０１には、成形過程において、図２に矢印で示す向きに磁化容易軸が与えられる。

なお、各セグメント１０１を着磁により磁化させた後、環状に配列して支持体２０に固定することで、ロータ１を製造することも可能である。この場合は、例えば、油圧式の冶具を用いて、セグメント１０１相互の磁気反発力および磁気吸引力に抗して、各セグメント１０１を支持体２０の外周面に固定する必要がある。
ハルバッハ配列の永久磁石１０の製造性の観点から、本実施形態では、後述するように、未磁化の磁石素材に対して着磁する。

（支持体）
支持体２０には、図示しない軸が挿入される軸孔２０２が軸方向Ｄ１に貫通して形成されている。
軸孔２０２の周りに、等角度で並んでいる空隙２１もまた、支持体２０を軸方向Ｄ１に貫通する孔である。各空隙２１は、支持体２０の径方向の内側から外側に向かうにつれて拡がる扇形の横断面を呈する。
空隙２１は、必ずしも軸方向Ｄ１に貫通している必要はない。空隙２１が、軸方向Ｄ１に対して傾斜する方向に支持体２０を貫通していてもよい。
なお、空隙２１は、支持体２０を必ずしも貫通している必要はない。空隙２１の軸方向の一端側が閉塞されていてもよい。

支持体２０の空隙２１の数は、永久磁石１０の径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の数と一致しており、本実施形態では、６である。後述するように、空隙２１には着磁用の副コイル４１が挿入される。副コイル４１の起磁力を十分に得るための断面積を空隙２１に確保し、かつハルバッハ配列の磁極パターンを確実に得るため、空隙２１の数は、径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の数と一致していることが好ましい。
支持体２０の複数の空隙２１は、径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の位置に対応して周方向Ｄ２に分布している。より具体的には、周方向Ｄ２において、各空隙２１の開口中心２１Ａが径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の位置と一致している。

支持体２０は、金属材料または樹脂材料等の適宜な材料を用いて、円柱状の外形に形成されている。支持体２０の外周部２０１には、例えば、接着や溶接等の適宜な方法により、永久磁石１０の各セグメント１０１が接合されている。
支持体２０には、永久磁石１０の軸方向長さと同等の軸方向長さが与えられているが、これに限られない。

ハルバッハ配列の永久磁石１０が発生させる磁束は、典型的な磁極配列の永久磁石の磁束とは異なり、主に永久磁石１０内部を通過する。図２に示すように、永久磁石１０が発生させる磁束は、支持体２０の外周部２０１の近傍に留まり、外周部２０１から径方向内側に離れた位置には磁路が形成されない。
そのため、支持体２０が磁路の一部を構成するとしても、外周部２０１のみを残して、支持体２０を中空に構成することができる。本実施形態では、支持体２０における空隙２１よりも永久磁石１０側の円環状の部分である外周部２０１の厚さＴ（径方向の寸法）が、永久磁石１０の径方向の厚さよりも薄い。

空隙２１の開口面積は、ロータ１の軽量化および着磁用のコイルの断面積を確保する観点から、回転時の遠心力を考慮してロータ１に必要な強度を確保できる範囲で出来るだけ大きく確保されていることが好ましい。支持体２０の外周部２０１の厚さＴが、永久磁石１０の径方向の厚さよりも薄いことにより、空隙２１の開口面積を十分に確保することができる。

より具体的に、支持体２０は、永久磁石１０の内周部に接合される外周部２０１と、軸孔２０２の周りの内周部２０３と、外周部２０１および内周部２０３を径方向に沿って連結する複数の連結部２０４とを備えている。空隙２１は、外周部２０１、内周部２０３、および連結部２０４の内側に扇形状に区画されている。
空隙２１は、扇形状に限らず、円形状や矩形状の横断面を呈するものであってもよい。

上述のように、永久磁石１０が発生させる磁束は、主に永久磁石１０の内部を通過するため、永久磁石１０に隣接するバックヨークの体積を低減し、あるいはバックヨークを省略しても、ロータ１を備えたモータの出力トルク特性への影響は小さい。
つまり、支持体２０は、積層鋼板等、磁性材料から形成された磁性体である必要はなく、例えば、アルミニウム合金や樹脂材料等の非磁性の材料から形成された非磁性体をロータ１の支持体２０に採用することができる。支持体２０に空隙２１が形成されることによる支持体２０の体積減少に加え、支持体２０に非磁性材料が用いられることにより、ロータ１ひいてはモータの軽量化を図ることができる。そのため、製造および運搬が容易となり、併せて低コスト化を図ることができる。

（着磁器）
次に、図３（ａ）、（ｂ）および図５を参照し、永久磁石１０に用いられる磁石素材１０Ａの着磁を実施するための主着磁器３０および副着磁器４０を説明する。図３（ａ）には、永久磁石１０の一対の径方向磁極（例えば、Ｐ１，Ｐ２）に対応する部分のみを示している。

主着磁器３０は、磁石素材１０Ａを包囲するように磁石素材１０Ａの径方向外側に配置される。この主着磁器３０（図３（ａ）および図５（ａ）、（ｂ））は、着磁用の複数の主コイル３１と、主コイル３１が個別に設けられる複数のティース３２と、ティース３２を先端面３２Ａの背面側で連結するヨーク３３（継鉄）と、主コイル３１に電流を印加する図示しない電源装置とを備えている。
主コイル３１は、導電率の良好な銅合金等から形成されている。ティース３２およびヨーク３３は、透磁率が高い鉄や鋼等から一体に形成されている。

円環状のヨーク３３から、径方向内側に複数のティース３２が突出している。ティース３２およびヨーク３３には、磁石素材１０Ａの軸方向長さと同等の軸方向長さが与えられている。
ティース３２の数は、径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の数と同じであり、径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の位置に対応してティース３２は周方向Ｄ２に分布している。
主コイル３１の内側に配置されるティース３２は、鉄心に相当する。主着磁器３０は、ティース３２の先端の円弧状の先端面３２Ａと磁石素材１０Ａの外周面との間に所定のギャップをあけて、磁石素材１０Ａの周りに配置される。

副着磁器４０（図３（ａ）および図５（ａ）、（ｂ））は、複数の副コイル４１と、副コイル４１に電流を印加する図示しない電源装置とを備えている。なお、副着磁器４０の電源装置と、主着磁器３０の電源装置とが、主コイル３１に電流を印加するとともに副コイル４１に電流を印加する１つの電源装置に集約されていてもよい。

副コイル４１の数は、永久磁石１０の径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の数と同じである。副コイル４１は、支持体２０の複数の空隙２１にそれぞれ挿入される。
副コイル４１は、導電性の良好な銅合金等から形成された空芯コイルである。銅または銅合金から形成された副コイル４１は、非磁性体である。
図３（ｂ）に、副コイル４１単体を示している。副コイル４１の内側は、空洞であって、そこに鉄心は配置されていない。副コイル４１は、支持体２０の空隙２１の断面形状に倣う扇形の横断面を呈する。本実施形態では、空隙２１の開口面積が出来るだけ大きく確保されているため、副コイル４１の断面積も大きく、副コイル４１の巻数を十分に確保することができる。そうすることで、副コイル４１による起磁力が増大する。

（着磁工程）
図４および図５（ａ）、（ｂ）を参照し、ロータ１の製造過程における着磁工程について説明する。着磁工程では、永久磁石１０に用いられる磁石素材１０Ａに対して、着磁器３０，４０により、磁石素材１０Ａの最大磁束密度の飽和点に達する強さの磁界が与えられることで、未磁化の磁石素材をハルバッハ配列に磁化させる。

図４に示すように、着磁工程Ｓ１に先立ち、適宜な方法で磁石素材１０Ａと支持体２０とを一体化する（ステップＳ０）。
着磁工程Ｓ１は、図４に示すように、径方向着磁ステップＳ１１と、周方向着磁ステップＳ１２とを含んでいる。径方向着磁ステップＳ１１および周方向着磁ステップＳ１２の順序は、いずれが先でもよいが、ここでは、径方向着磁ステップＳ１１を行った後、周方向着磁ステップＳ１２を行うものとする。

径方向着磁ステップＳ１１では、図５（ａ）に示すように、主着磁器３０および副着磁器４０の両方が用いられる。磁石素材１０Ａよりも径方向外側に主着磁器３０が配置され、磁石素材１０Ａよりも径方向内側に副着磁器４０が配置される。このとき、副着磁器４０の副コイル４１は、支持体２０の空隙２１に挿入されることで、磁石素材１０Ａに対して周方向および径方向に位置決めされる。主着磁器３０のティース３２は、先端面３２Ａの周方向の中心が空隙２１の開口中心２１Ａに一致するように配置されることが好ましい。

主着磁器３０および副着磁器４０により磁石素材１０Ａが径方向の両側から挟まれている状態で、図５（ａ）に＋および−により極性を示す向きに、主コイル３１および副コイル４１に対して、磁石素材１０Ａの磁化に必要な磁界強度に対応する電流を印加する。すると、主コイル３１および副コイル４１により発生する磁界が磁石素材１０Ａに与えられることで磁石素材１０Ａが磁化される。

径方向着磁ステップＳ１１における磁束の流れを図５（ａ）に一点鎖線の矢印で模式的に示している。図５（ａ）には、径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の数と同じ６つの磁束が示されている。磁束は、ティース３２、副コイル４１、およびヨーク３３に設定された磁路を流れる。
６つの磁束のいずれも、一極対に対応する主コイル３１および副コイル４１と鎖交しており、一極対の一方の磁極（例えばＰ１）から径方向内側に流入し、一極対の他方の磁極（例えばＰ２）から径方向外側に流出する。磁束は、径方向内側に流入する際も径方向外側に流出する際も、隣の磁束と強め合う。各磁束は、ティース３２を径方向内側に流れて磁石素材１０Ａを径方向外側から内側に向けて貫いた後、転向して磁石素材１０Ａを径方向内側から外側に向けて貫く。各磁束により、主として径方向に磁極が配向された状態に磁石素材１０Ａが磁化されることとなる。

次に、図５（ｂ）に示す周方向着磁ステップＳ１２では、主着磁器３０および副着磁器４０のうち主着磁器３０のみが用いられる。但し、使用されない副着磁器４０の副コイル４１を支持体２０の空隙２１から抜き取る必要はなく、径方向着磁ステップＳ１１と周方向着磁ステップＳ１２とに亘り、副コイル４１を空隙２１に継続して配置することができる。
なお、本実施形態の副コイル４１は空芯コイルからなり、副コイル４１を構成する銅の比透磁率は、ほぼ１である。そのため、副コイル４１は、通電されていないとき、磁石素材１０Ａによる磁力の影響を受けずに、空隙２１から容易に抜き取ることができる。

周方向着磁ステップＳ１２において主コイル３１のみに電流を印加すると、主コイル３１により発生する磁界が磁石素材１０Ａに与えられる。
このとき、磁石素材１０Ａよりも径方向内側、つまり、副コイル４１（空芯コイル）が位置する支持体２０側には、副コイル４１の透磁率に基づいて磁束が流れ難いため、図５（ｂ）に一点鎖線の矢印で磁束の流れの一例を示しているように、各磁束は、ティース３２の先端面３２Ａから隣のティース３２の先端面３２Ａに向けて磁石素材１０Ａおよび支持体２０の外周部２０１をほぼ周方向に沿って流れる。そのため、主として周方向に磁極が配向された状態に磁石素材１０Ａが磁化されることとなる。

以上で説明した径方向着磁ステップＳ１１および周方向着磁ステップＳ１２を経ることで、磁極の方向が次第に変化したハルバッハ配列の磁極パターンを有する永久磁石１０を備えたロータ１（図１、図２）が製造される。
着磁が完了した後は、支持体２０の空隙２１に樹脂等を充填することもできる。

図４に示す順序とは逆に、周方向着磁ステップＳ１２を径方向着磁ステップＳ１１に先行して行う場合は、周方向着磁ステップＳ１２を終えた後、副コイル４１を空隙２１に挿入して径方向着磁ステップＳ１１を行うこととしてもよいし、最初から副コイル４１を空隙２１に挿入した状態で、周方向着磁ステップＳ１２、径方向着磁ステップＳ１１の順に行ってもよい。上述したように、副コイル４１は、空芯コイルであって、通電されていない間は、磁束が通り難いため周方向Ｄ２の着磁に影響しないので、主コイル３１のみに通電する周方向着磁ステップＳ１２において空隙２１に副コイル４１が挿入されていても支障がない。また、周方向着磁ステップＳ１２を終えた後、通電されていない副コイル４１を空隙２１に挿入する場合でも、磁石素材１０Ａの磁力に関係なく、空隙２１に副コイル４１を容易に挿入することができる。

径方向着磁ステップＳ１１および周方向着磁ステップＳ１２を図４に示す順序で行うにしろ、逆の順序で行うにしろ、途中で副コイル４１を空隙２１から抜いたり、途中で空隙２１に挿入したりする必要はなく、径方向の着磁と周方向の着磁とを連続して行うことができる。径方向着磁ステップＳ１１および周方向着磁ステップＳ１２を経て磁石素材１０Ａの着磁が完了した後に、磁石素材１０Ａから主着磁器３０および副着磁器４０を分離すればよい。その際に主コイル３１だけは、永久磁石１０の磁力の影響を受けるため、例えば治具により主コイル３１を磁力に抗して保持しながら、永久磁石１０から分離することが好ましい。空芯コイルである副コイル４１に関しては磁力の影響がないため、永久磁石１０から容易に分離することができる。

（本実施形態による効果）
本実施形態では、永久磁石１０を支持する支持体２０に、副コイル４１を位置決めして配置可能な空隙２１が、径方向磁極Ｐ１〜Ｐ６の位置に対応して周方向Ｄ２に分布して形成されている。本実施形態によれば、磁石素材１０Ａの周りに配置される主着磁器３０と、空隙２１に副コイル４１が配置される副着磁器４０とにより、ハルバッハ配列に適合する磁界を磁石素材１０Ａに与えることで、所定の磁極パターンに適切に着磁された永久磁石１０と支持体２０とを備えたロータ１を提供することができる。

加えて、径方向の着磁にのみ使用される副コイル４１には空芯コイルを用いていることにより、着磁工程Ｓ１の途中で副コイル４１を空隙２１から抜き取ることなく、空隙２１に副コイル４１を継続して配置したままで、径方向着磁ステップＳ１１と周方向着磁ステップＳ１２とを連続して行うことができる。つまり、空隙２１から副コイル４１を除去するために着磁工程Ｓ１が中断することを避けることができる。しかも、着磁完了後には、磁化による磁力に抗して永久磁石１０から分離させる必要があるのは、主着磁器３０の主コイル３１のみであるから、作業性が良い。
以上より、本実施形態に係るロータ１およびその製造方法によれば、支持体２０に空隙２１が形成されていることにより、着磁性と製造作業性とを両立させ、軽量化およびコスト低減を図りつつ、かつハルバッハ配列による磁気特性を十分に発揮させて、ロータ１が適用されるモータ等の性能向上に寄与することができる。

（変形例）
ロータ１の製造に、図６に示す副着磁器５０を用いることもできる。副着磁器５０は、支持体２０の複数の空隙２１にそれぞれ配置される複数の副コイル５１と、副コイル５１に電流を印加する図示しない電源装置とを備えている。各副コイル５１の内側には鉄心５２が挿入されている。

上記実施形態の副着磁器４０に代えて副着磁器５０を使用し、上記実施形態と同様に、主コイル３１および副コイル５１の双方に通電する径方向着磁ステップＳ１１と、主コイル３１のみに通電する周方向着磁ステップＳ１２とを行うことができる。
径方向着磁ステップＳ１１では、鉄心５２の存在により、径方向の鎖交磁束が増大するため、磁石素材１０Ａを径方向に十分に磁化させることができる。鉄心５２の形状等に応じて、適切な磁路を設定することも可能である。

主コイル３１のみに通電する周方向着磁ステップＳ１２では、副コイル５１には通電されない。そのため、鉄心５２が存在しているとは言え、磁石素材１０Ａよりも径方向内側への磁束が少ないのは副コイル４１（空芯コイル）を用いる場合と同様であり、磁石素材１０Ａを周方向に磁化させることができる。

図６に示す副着磁器５０と、上述した副着磁器４０および主着磁器３０とを使用すると、一例として、次のような着磁工程を行うことが可能となる。
かかる着磁工程は、第１着磁ステップ、第２着磁ステップ、および第３着磁ステップからなる。
第１着磁ステップでは、主着磁器３０および副着磁器５０を用いる。このとき、主コイル３１および副コイル５１に通電する。
続いて、第２着磁ステップでは、副コイル５１および鉄心５２を空隙２１に配置したまま、主コイル３１のみに通電する。
さらに、空隙２１から副コイル５１および鉄心５２を抜き取り、副着磁器４０の副コイル４１（空芯コイル）を空隙２１に挿入する。その状態で、主コイル３１のみに通電する。

上記のように主着磁器３０および副着磁器４０，５０を使用することにより、磁束の流れを適切に制御して、ハルバッハ配列の磁極パターンをより確実に実現することができる。

（電動圧縮機への適用例）
上述したロータ１と、ステータとを備えるモータは、例えば、電動圧縮機に適用することが可能である。以下、モータの駆動力により流体を圧縮する電動圧縮機について説明する。この電動圧縮機は、例えば、空気調和機を構成することができる。

図７に示す縦断面図を参照し、電動圧縮機２の構成を簡単に説明する。
電動圧縮機２は、冷媒を圧縮する圧縮機構３と、圧縮機構３を駆動するモータ４と、モータ４による回転駆動力を圧縮機構３に伝達する回転軸５と、圧縮機構３、モータ４、および回転軸５を収容するハウジング６とを備えている。

モータ４は、上述のロータ１と、ハウジング６の内壁に固定されたステータ７とを備えている。ロータ１の支持体２０の空隙２１は、支持体２０を貫通しており、冷媒が流れる流路として機能する。ロータ１は、軸孔２０２を貫通する回転軸５と結合されている。
ステータ７は、励磁コイル７１と図示しない鉄心および継鉄とを有している。ステータ７の励磁コイル７１、鉄心および継鉄は、図３および図５に示す主着磁器３０の主コイル３１、ティース３２およびヨーク３３と同様に構成されている。

励磁コイル７１への通電によりステータ７が励磁されると、ロータ１の永久磁石１０との電磁気的作用によりロータ１がステータ７に対して回転する。そして、ロータ１に結合されている回転軸５により伝達される回転駆動力によって圧縮機構３が駆動される。
図７に示す圧縮機構３は、２つのロータリー式圧縮機構３Ａ，３Ｂからなる。図示しない冷媒回路からアキュムレータ８を介して圧縮機構３Ａ，３Ｂのそれぞれに冷媒が吸入される。各圧縮機構３Ａ，３Ｂは、回転軸５に結合したロータリーピストン３０１の動作によりシリンダ３０２内で冷媒を圧縮する。圧縮機構３Ａ，３Ｂにより圧縮された冷媒は、吐出口３０３からハウジング６内のモータ４よりも下方の空間Ｃ１に吐出される。
圧縮機構３Ａ，３Ｂから吐出された冷媒は、ロータ１の空隙２１を通り、モータ４よりも上方の空間Ｃ２へと流れ、吐出管６１から冷媒回路へと吐出される。

空隙２１の他に、冷媒が流れる流路がステータ７やロータ１の外周部や内周部に設けられていてもよい。但し、ステータ７やロータ１の外周部や内周部への溝や切欠等の形成により設けられる流路は、モータ４にトルクを確保する必要性から、断面積を大きくすることには限界がある。
そうした流路と比べて、ロータ１の支持体２０の空隙２１は、トルクの確保には支障なく、断面積を大きく確保することができる。そのため、ハウジング６内の冷媒の流路として機能する空隙２１によれば、モータ４よりも下方の空間Ｃ１と、モータ４よりも上方の空間Ｃ２との圧力差（圧力損失）を低減して、電動圧縮機２の効率を向上させることができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、支持体２０が、空隙２１を除いては中実に構成されており、軸方向の両端部で軸支されるように構成されていてもよい。つまり、ロータ１の支持体２０には、必ずしも、軸が通される軸孔２０２が形成されている必要はない。支持体２０に軸孔２０２が形成されていなければ、より大きな開口面積を空隙２１に与えることができ、空隙２１に配置される副コイル４１の巻数を増やすことができる。

１ ロータ
２ 電動圧縮機
３ 圧縮機構
３Ａ，３Ｂ ロータリー式圧縮機構
４ モータ
５ 回転軸
６ ハウジング
７ ステータ
８ アキュムレータ
１０ 永久磁石
１０Ａ 磁石素材
２０ 支持体
２１ 空隙
２１Ａ 開口中心
３０ 主着磁器
３１ 主コイル
３２ ティース
３２Ａ 先端面
３３ ヨーク
４０ 副着磁器
４１ 副コイル
５０ 副着磁器
５１ 副コイル
５２ 鉄心
６１ 吐出管
７１ 励磁コイル
１０１ 永久磁石セグメント
２０１ 外周部
２０２ 軸孔
２０３ 内周部
２０４ 連結部
３０１ ロータリーピストン
３０２ シリンダ
３０３ 吐出口
Ｃ１，Ｃ２ 空間
Ｄ１ 軸方向
Ｄ２ 周方向
Ｐ１〜Ｐ６ 径方向磁極
Ｓ１ 着磁工程
Ｓ１１ 径方向着磁ステップ
Ｓ１２ 周方向着磁ステップ
Ｔ 厚さ

Claims (12)

1. 環状の永久磁石と、前記永久磁石を径方向内側から支持する支持体とを備えるロータであって、
   前記永久磁石は、前記ロータの軸方向に対して直交する面に沿って、ハルバッハ配列に磁化され、
   前記支持体には、前記ロータの軸周りに並ぶ複数の空隙が形成されている、
   ことを特徴とするハルバッハ配列ロータ。
2. 前記永久磁石は、径方向に沿った向きに磁化されている径方向磁極を含み、
   複数の前記空隙は、前記径方向磁極の位置に対応して周方向に分布している、
   請求項１に記載のハルバッハ配列ロータ。
3. 前記空隙の数は、前記径方向磁極の数と一致している、
   請求項２に記載のハルバッハ配列ロータ。
4. 前記空隙は、前記ロータの径方向の内側から外側に向かうにつれて拡がる扇形の横断面を呈する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のハルバッハ配列ロータ。
5. 前記支持体において前記空隙よりも前記永久磁石側の部分の径方向の厚さは、
   前記永久磁石の径方向の厚さと比べて小さい、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のハルバッハ配列ロータ。
6. 前記支持体は、非磁性体である、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のハルバッハ配列ロータ。
7. ステータと、
   前記ステータに対して回転される請求項１から６のいずれか一項に記載のハルバッハ配列ロータと、を備える、
   ことを特徴とするモータ。
8. 流体を圧縮する圧縮機構と、
   前記圧縮機構を駆動する請求項７に記載のモータと、
   前記モータによる回転駆動力を前記圧縮機構に伝達する回転軸と、
   前記圧縮機構、前記モータ、および前記回転軸を収容するハウジングと、を備え、
   前記ロータの前記空隙は、前記流体が流れる流路である、
   ことを特徴とする電動圧縮機。
9. 環状の永久磁石と、前記永久磁石を径方向内側から支持する支持体とを備えるロータを製造する方法であって、
   未磁化の環状の磁石素材に磁界を与えることで、前記ロータの軸方向に対して直交する面に沿ってハルバッハ配列に磁化された前記永久磁石を得る着磁工程は、
   前記磁石素材よりも径方向外側に配置される主着磁器、および前記支持体における前記ロータの軸周りに並ぶ複数の空隙にそれぞれ配置される副着磁器の両方を用いて前記磁石素材を磁化させる径方向着磁ステップと、
   前記主着磁器および前記副着磁器のうち前記主着磁器のみを用いて前記磁石素材を磁化させる周方向着磁ステップと、を含む、
   ことを特徴とするハルバッハ配列ロータの製造方法。
10. 前記径方向着磁ステップと、前記周方向着磁ステップとに亘り、
    前記副着磁器を前記空隙に継続して配置する、
    請求項９に記載のハルバッハ配列ロータの製造方法。
11. 前記副着磁器は、空芯コイルを備える、
    請求項１０に記載のハルバッハ配列ロータの製造方法。
12. 前記副着磁器は、コイルおよび鉄心を備える、
    請求項１０に記載のハルバッハ配列ロータの製造方法。

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