JP2023116318A - 磁石、電動機及び磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主極や補極の配向方向を精度良く設定し、磁束密度の高い磁束集中型の永久磁石ユニットを簡単に製作可能とする磁石を実現する。【解決手段】略同一厚み寸法の永久磁石シート２２１ａを厚み方向に積層して構成される主極２２１と、略同一厚み寸法の永久磁石シート２２２ａを厚み方向に積層し主極２２１の隣接位置に主極２２１と配向方向を異ならせて配置することにより主極２２１に磁束を集中させるように構成される補極２２２と、からなる永久磁石ユニット２２ａを備えて磁石２２を構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、ハルバッハ配列のような磁束集中型磁石としての高い磁束密度を備えた磁石、電動機及び磁石の製造方法に関するものである。

従来、磁束密度を高めた磁石として、永久磁石モータのロータに適用されているハルバッハ配列磁石が知られている（例えば特許文献１）。

この配列は、平行配向磁石とは異なり、配向方向が異なる永久磁石を、極の中央へ磁束が集中するように配置することで、回転子と固定子のギャップ面の磁束密度を増加させている。

従来、この構造の磁石を製作するために、半径方向に配向する主極及び主極方向に配向する補極ごとに所定寸法、所定配向の永久磁石の塊を作り、これらの主極、補極を、例えばインナーロータであれば回転子を構成するロータコアの外周囲に接着することによって、組付けを行っている。アウターロータであればこれらの主極、補極をロータコアの内周囲に接着することによって組付けを行う。

特開２００６－３２０１０９

しかしながら、主極や補極がそれぞれ永久磁石の塊で構成されていると、主極全体、補極全体の配向方向を内部に亘るまで一律に揃えることが難しいという問題がある。

加えて、主極や補極が永久磁石の塊で構成されていると、大きな渦電流が流れるため、モータの高出力密度化を妨げる要因になる。

さらに、永久磁石ごとに永久磁石ブロックを用意し、必要に応じて所要寸法にカットして各永久磁石を製作しなければならないため、生産性が悪いという問題がある。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、磁束集中のための主極や補極の配向方向を精度良く設定し、磁束密度の高い永久磁石ユニットを簡単に製作可能とする、磁石、電動機及び磁石の製造方法を実現することを目的としている。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明の磁石は、略同一厚み寸法の永久磁石シートを厚み方向に積層して構成される主極と、略同一厚み寸法の永久磁石シートを厚み方向に積層し主極の隣接位置に主極と配向方向を異ならせて配置することにより主極に磁束を集中させるように構成される補極と、からなる永久磁石ユニットを備えたことを特徴とする。

ここでは、単に永久磁石シートの積層方向の寸法を厚み寸法、積層方向を厚み方向と表現する。したがって、ここでの厚み方向は、必ずしも主極や補極の幾何学的な厚み方向や磁化方向と一義的な関係にある場合に限らない。

このように、主極や補極を永久磁石シートの積層構造にすれば、主極や補極が永久磁石の塊である場合に比べて配向方向を精度良く設定し、磁束密度の高い磁束集中型の永久磁石ユニットを簡単、適切に作ることができる。しかも、渦電流損を発生する面が小さくなるので、渦電流損が低減し、これによる温度低下を通じて高い磁束密度を実現して、モータ等に適用した場合に一層の小型高出力化が可能となる。

前記主極を構成する永久磁石シートと、前記補極を構成する永久磁石シートとは、配向方向が一致していることが好ましい。
また、前記主極を構成する永久磁石シートと、前記補極を構成する永久磁石シートとは、厚み寸法が一致していることが好ましい。

このようにすれば、主極や補極の磁気特性の加工によるバラツキを抑えることができる。

主極又は補極の少なくとも一方は更に、厚み方向と直交する方向にも分割して構成されていることが好ましい。

厚み方向と直交する方向についても、分割していることで、渦電流損を発生する面を更に小さくすることができる。

永久磁石ユニットは、１極ごとに構成されて推力発生方向に沿って配置され、推力発生要素であるコアの一部には、永久磁石ユニット間を推力発生方向と直交する方向に延びる壁状部と、この壁状部の端部から永久磁石ユニットの端部側の角部に重合する方向に延びる拡大部とからなる磁石保持部を有していることが好ましい。

拡大部で永久磁石ユニットを保持する構造により、モータの磁気回路部品のみで永久磁石を保持することが可能になる。永久磁石ユニットの補極の角部に切欠きを設けて拡大部を収容すれば、モータ等に適用した場合に固定子と可動子のギャップ長が大きくなることを回避することができる。また、角部を拡大部で押さえる場合、平行配向磁石に比べてハルバッハ配列型磁石のような磁束集中型磁石であれば拡大部を通じた磁束の漏れが少なくなるため、磁束密度の低下を回避することができる。

以上の磁石を電動機の回転子に備えれば、小型軽量にして高トルク、高効率な多極表面磁石型のロータを適切に構成することができる。

また本発明に係る磁石の製造方法は、永久磁石シートを積層してなる積層体に対して所定方向から切り出すことにより主極を構成するとともに、前記主極の永久磁石シートと同じ配向を有する永久磁石シートを積層してなる積層体に対して異なる方向から切り出すことにより主極の隣接位置に組付けた際に主極に対して配向方向が異なることとなる補極を構成してなる、ことを特徴とする。

このようにすれば、同じような製作工程で渦電流損が小さく配向方向の異なる主極や補極を容易に製作することができる。

以上説明した本発明によれば、主極や補極の配向方向を精度良く設定し、磁束密度の高い磁束集中型の永久磁石ユニットを簡単に製作可能とした、磁石、電動機及び磁石の製造方法を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る磁石を備えた電動機たるモータの部分拡大断面図。 図１の磁石を構成する永久磁石ユニットを示す斜視図。 同永久磁石ユニットに生じる渦電流を説明する図。 同永久磁石ユニットの製造方法を示す図。 同実施形態における磁石の製造方法を示す図。 同磁石の製造方法を示す図。 同磁石に生じる磁束の流れを比較例とともに示す図。 本発明の変形例を示す図。 本発明の他の変形例を示す図。 本発明の更に他の変形例を示す図。 本発明の上記以外の変形例を示す図。 本発明の更に上記以外の変形例を示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の磁石を電動機であるモータＭに適用した例を示している。

モータＭは、図１（ａ）に示すようにインナーロータ型の回転電機で、シャフト１に可動子たる回転子（ロータ）２を一体回転可能に取付け、回転子２の外周囲に固定子（ステータ）３を配置することによって構成されている。

固定子３は、略円筒状に構成されたステータコア３１と、このステータコア３１の等角位置より内周に向けて一体に形成された複数のティース３２と、各ティース３２に巻回されたコイル３３とを備えている。コイル３３には図示しない電源装置が接続され、給電によって回転子２を回転させるための回転磁界を発生させるように構成されている。

回転子２は、固定子３の内周側に所定のギャップを介して配置されている。回転子２は、略円筒状をなすロータコア２１と、ロータコア２１に沿って外周に配置された永久磁石２２とを備えている。

永久磁石２２は、主極２２１及び補極２２２からなる１極分の永久磁石ユニット２２ａを、推力発生方向すなわちロータコア２１の円周方向に極数分だけ複数配置することによって円環状に構成されている。図１（ｂ）に示すように、永久磁石ユニット２２ａはハルバッハ配列のような磁束集中型磁石を構成するもので、主極２２１は太線矢印で示す配向方向が推力発生方向と直交方向である径方向（Ｒ方向）を向くように配置されるのに対して、補極２２２は主極２２１の両側に配置され、太線矢印で示す配向方向が主極２２１を向くように、すなわち径方向に対して所定角度（±α：αは好ましくは鋭角）をなす方向を向くように配置されている。配向方向とは、磁化され易い方向を言う。永久磁石は配向方向に沿って着磁される。図１やその他の図において配向方向は両端に矢印を付けて示し、着磁方向は一端または他端に矢印を付けて示す。

この実施形態のモータＭは、主極１個と補極２個で１つの永久磁石ユニット２２ａを構成しており、永久磁石ユニット２２ａの数をこのモータＭの極数として多極表面磁石型の回転子２を構成している。

そして、以上の永久磁石配置により、平行配向磁石に比べて主極２２１に磁束がより集中し易くなる、ハルバッハ配列のような磁束集中型の磁石２２を実現している。

永久磁石モータは、磁束密度を高めることができる反面、渦電流が、電機子反作用による磁束、励磁周波数それぞれの２乗に比例して増加する。このため、モータＭの高出力密度化のために励磁周波数の高周波化や、大電流化による磁束増加を行うと、これに伴って渦電流の増大が問題となる。渦電流損が増加すると、磁石２２の発熱やモータ効率の低下につながる。

そこで本実施形態は、主極２２１及び補極２２２を構成するにあたり、同じ配向方向を有する永久磁石シート２２１ａ、２２２ａを複数積層し、更に必要に応じて主極２２１や補極２２２を積層方向と異なる方向に分割するという構成を新たに採用している。

具体的には、主極２２１を、略同一厚み寸法ｔ１の永久磁石シート２２１ａを配向方向と直交する円周方向（Ｒ±９０°）に積層して構成し、補極２２２を、略同一厚み寸法ｔ２の永久磁石シート２２２ａを、配向方向と直交する方向（±α±９０°）に積層して構成している。この実施形態では、永久磁石シート２２１ａと永久磁石シート２２２ａは同じ素材のもので、厚み寸法ｔ１、ｔ２を含めて外形寸法も略同一とされている。厚み寸法ｔ１、ｔ２が異なる場合にも積層構造や分割構造を採用することによる効果は同様である。

図２は主極２２１と補極２２２の寸法関係を図示している。主極２２１及び補極２２２の縦寸法ｂ１、ｂ２、並びに主極２２１及び補極２２２の軸方向寸法ｃ１、ｃ２は、互いに略同一寸法（同一若しくは同一に近い寸法）に設定されている。

図１に示すように、主極２２１は更に、永久磁石シート２２１ａの厚み方向と直交する方向（径方向）に対して分割面２２１ｘにおいて等分割して構成されている。図示例では２分割の場合を示しているが、分割数はこれに限らない。図示していないが、補極２２２も同様に分割してもよい。

図３（ａ）に示す永久磁石（主極２２１や補極２２２）の塊に流れる渦電流に対して、永久磁石を積層構造とした図３（ｂ）では渦電流が流れる断面が小さくなり、更にこれを分割構造とした図３（ｃ）では渦電流が流れる断面が更に小さくなる。その結果、図３（ａ）の構造よりも図３（ｂ）の構造、さらには図３（ｂ）の構造よりも図３（ｃ）の構造において、渦電流損がより小さくなり、磁石２２の発熱やモータ効率の低下が抑えられ、より大きな電流を流すことができるようになる。したがって、多極化による励磁周波数の高周波化を通じてモータの高出力密度化が可能になる。

図３（ｄ）に示すように、軸方向についても永久磁石を複数分割して構成しても良い。

このような主極２２１や補極２２２の積層構造を実現するにあたり、本実施形態は図４に示す磁石の製造方法を採用している。

先ず、図４（ａ）のように永久磁石ブロックから薄い永久磁石シート２２１ａ（２２２ａ）の切り出しを行う。次に、図４（ｂ）に示すように永久磁石シート２２１ａ同士（２２２ａ同士）を複数枚接着した後、図４（ｃ１）に示すように永久磁石シート２２１ａの積層体からの主極２２１の切り出し、また図４（ｃ２）のように永久磁石シート２２２ａの積層体からの補極２２２の切り出しを行う。

主極２２１は、積層体の小口方向から工具や加工機を用いて、積層方向に二辺を沿わせた四角形ｘ１に沿って切り出す。補極２２２は、積層体の小口方向から工具や加工機を用いて、積層方向に対して斜めの四角形ｘ２に沿って切り出す。

そして、図４（ｄ）に示すように、主極２２１と補極２２２を貼り合わせる。主極２２１は配向方向に２分割されているため、２つを貼り合わせて１つの主極２２１となす。分割数はあくまで例示に過ぎない。

１種類の仕上げ治具で複数の配向方向の永久磁石（主極２２１及び補極２２２）を作ることができるようにすれば、仕上げ用治具が１種類にでき、金型費や加工費など磁石作成費用を抑えることもできる。

磁化工程については、図５（ａ）に示す従来のハルバッハ配列型磁石のように、回転子２の径方向配向の主極Iと、回転子２の周方向配向である補極IIについて、主極Iと補極IIを一体化した状態だと、着磁用のコイルが発生する磁界と永久磁石の配向方向が平行にならないので、永久磁石を着磁させるための主極Iと補極IIを通る適切な磁界を発生させることができない。

特に、図５（ａ１）に示すように、多極構造において、配向方向の異なる主極I及び補極IIの全てを通る磁界を発生させるとなると、これらを着磁するための磁界を発生できるコイル製作が困難になる。

逆に、図５（ａ２）に示すように、主極I単体、補極II単体の状態で着磁するとなると、着磁工程が増えてしまううえに、ロータコア２１へ主極Iや補極IIを貼り付ける際に主極Iと補極IIの磁気吸引力や反発力が大きく、かつ磁気吸引力や反発力を度々受けるため、貼付け作業が困難となる。

そこで、図５（ｂ）に示すように、補極２２２の配向方向を主極２２１の配向方向に対して鋭角の角度±αとし、図５（ｃ）に示すように未着磁の主極２２１及び補極２２を貼り付けて１極の永久磁石ユニット２２ａとした上で、永久磁石ユニット２２ａごとに着磁するための磁界を掛けて着磁を行う。

図５（ｃ）の永久磁石ユニット２２ａの形状は、実際にはロータコア２１の周囲に配置されることから、図６（ａ）に示す扇型になる。

図６（ａ）は永久磁石ユニット２２ａ単位すなわち１つの主極２２１と２つの補極２２２単位で磁化された状態を示す。隣り合う永久磁石ユニット２２ａ同士は、Ｓ極とＮ極が逆の関係になるように磁化されている。そして、この永久磁石ユニット２２ａ単位でロータコア２１への貼付けを行うことにより、図６（ｂ）に示す貼付け状態が完成される。

これによれば、永久磁石I～IXを１個ずつ先着磁してロータコア２１に貼り付ける場合のような着磁の手間や永久磁石間の磁気的影響が解消され、また、全ての永久磁石I～IXをロータコア２１に貼り付けた後に一斉着磁する場合のような磁化のための強力な磁束を発生させる課題も解消されて、適切な磁束で磁化できるうえに、ロータコア２１へ貼り付ける際に既に永久磁石ユニット２２ａ単位で貼付けが完了しているため、後は永久磁石ユニット２２ａ、２２ａ間の磁気作用を受けるのみであり、磁気吸引力や反発力の影響も極力低減することができる。

なお、これら主極２２１及び補極２２２からなる永久磁石ユニット２２ａは、図１に示すロータコア２１の磁石保持部２１０に保持されている。磁石保持部２１０は、円筒状をなすロータコア２１から等角間隔で推力発生方向と直交する方向である半径方向に一体に突出して永久磁石ユニット２２ａ間を固定子３と回転子２のギャップ付近まで延びる壁状部２１０ａと、この壁状部２１０ａの先端から永久磁石ユニット２２ａの端部側の補極２２２の角部に重合するようロータコア２１の円周方向（Ｔ字をなす方向）に延びる拡大部２１０ｂとを有し、この拡大部２１０ｂで隣接する永久磁石ユニット２２ａ、２２ａの補極２２２の角部を半径方向に機械的に保持している。壁状部２１０ａは永久磁石ユニット２２ａを円周方向に保持する役割をなすように構成してもよい。

その際、補極２２２の端部側の角部に切欠部２２２ｂを設け、拡大部２１０ｂを切欠部２２２ｂに沿った形状とすることで、永久磁石ユニット２２ａの外周面２２ａ１と拡大部２１０ｂの外周面２１０ｂ１とを略面一としている。切欠部２２２ｂは永久磁石ユニット２２ａを構成する補極２２２の配向方向に沿った斜面であり、拡大部２１０ｂを斜面に沿った逆三角形のテーパ形状としている。

図７（ａ）の平行配向磁石２２´の場合、磁石保持部２１０を設けると磁石保持部２１０を通じて短絡しやすいのに対して、図７（ｂ）に示す磁束集中型の磁石２２の場合、配向方向に沿った拡大部を有する磁石保持部２１０で保持することで、磁石保持部２１０を設けても補極配向方向が磁極中心へ傾くことで磁石保持部２１０を通じた短絡が起こりにくくなり、磁束漏れが低減する。

そして、このように磁石２２をロータコア２１と一体をなす磁石保持部２１０で保持することで、モータＭの磁気回路部品のみで磁石２２の機械的保持が可能となるため、図７（ｃ）に示すような円筒状の磁石保持部品２１０´が必要なくなる。そして、拡大部２１０ｂを切欠部２２２ｂに収容しているので、図１に示す固定子３と回転子２のギャップ長を小さくして、磁石２２による磁束密度の基本波成分を増加させる効果が得られる。

また、ハルバッハ配列のような磁束集中構造の下で、図７（ａ）に示す短絡磁束Ｈ´以外の本来の磁束（平行磁束）と、図７（ｂ）に示す短絡磁束Ｈ以外の本来の磁束（主極２２１及び補極２２２からなる磁束）を見ても明らかなように、本来の磁束が磁極中心に向かうようになることでも、磁石２２による磁束密度の基本波成分が増加する効果が得られる。

そして、同じ体格、電流のモータにおいて、上述２点の効果によって磁石２２による磁束密度の基本波成分が増加すると、トルクは、スロット内電流の基本波と磁束密度の基本波とモータ積厚の積に比例するので、トルクが増加することになる。

また、同じ体格、トルクのモータにおいて、上述２点の効果によって磁石２２による磁束密度が増加すると、銅損はスロット内電流の２乗と巻線抵抗の積に比例するので、電流が減って、銅損が低減することになる。銅損が低減するとモータ入力が減るので、出力と入力の比であるモータ効率の増加につながることになる。

さらに、同じ電流、トルクのモータにおいて、上述２点の効果によって磁石２２による磁束密度が増加することで、モータ積厚を小さくしてモータＭの小型軽量化が図れるようになる。

このように、円筒状の磁石保持部品２１０´を無くしてギャップ長を小さくすることや、磁石２２をハルバッハ配列のような磁束集中型にして磁束の短絡を最小限にすることで、磁石２２による磁束密度が増加して、トルク増加、効率増加、小型軽量化を図ることが可能となる。

よって、このモータＭを小型軽量化が重要になる分野、例えば航空機や自動車用の高出力密度モータ等に適用すれば、小型軽量化が図れるとともに、上記のような機械保持構造であるから、温度差の大きな温度環境下でも動作が可能なモータとして利用することが可能となる。

以上のように、本実施形態の磁石２２は、略同一厚み寸法の永久磁石シート２２１ａを厚み方向に積層して構成される主極２２１と、略同一厚み寸法の永久磁石シート２２２ａを厚み方向に積層し主極２２１の隣接位置に主極２２１と配向方向を異ならせて配置することにより主極２２１に磁束を集中させるように構成される補極２２２と、からなる永久磁石ユニット２２ａを備えたことを特徴とする。

このように、主極２２１や補極２２２を永久磁石シート２２１ａ、２２２ａの積層構造とすれば、主極２２１や補極２２２が永久磁石の塊である場合に比べて配向方向を精度良く設定し、磁束密度の高い磁束集中型の永久磁石ユニット２２ａを簡単、適切に作ることができる。しかも、磁石を分割することで渦電流が小さくなるので、渦電流損が低減し、これによる温度低下を通じてハルバッハ配列のような磁束集中型磁石としての高い磁束密度を実現し、モータ等に適用した場合に一層の小型高出力化が可能となる。

その際、主極２２１を構成する永久磁石シート２２１ａと、補極２２２を構成する永久磁石シート２２２ａとは、シート座標系に対して配向方向が一致しているため、主極２２１や補極２２２が作り易くなる。

また、主極２２１を構成する永久磁石シート２２１ａと、補極２２２を構成する永久磁石シート２２２ａとは、シート座標系に対して厚み寸法が一致しているため、主極２２１や補極２２２が更に作り易くなる。

また、主極２２１は厚み方向と直交する方向に更に分割して構成されており、渦電流損を発生する面が更に小さくなるので、渦電流損が低減し、磁束密度が高められて、モータ等に適用した場合により一層の小型高出力化が可能となる。

また、主極２２１と補極２２２は一部の外形寸法が略同一とされており、寸法を揃える工程が平易になるため、永久磁石ユニット２２ａの製作が容易になる。

また永久磁石ユニット２２ａは、推力発生方向に沿って配置され、ロータコア２１の一部には、永久磁石ユニット２２ａ、２２ａ間を推力発生方向と直交する方向である径方向に延びる壁状部２１０ａと、この壁状部２１０ａの端部から永久磁石ユニット２２ａの補極２２２の端部側の角部に重合する方向に延びる拡大部２１０ｂとからなる磁石保持部２１０を有している。

拡大部２１０ｂで永久磁石ユニット２２ａを保持する構造により、モータの磁気回路部品のみで永久磁石を保持することが可能になる。その際、永久磁石ユニット２２ａの補極２２２の角部に切欠部２２２ｂを設けて拡大部２１０ｂを収容することで、モータ等に適用した場合に固定子３と可動子２のギャップ長が大きくなることを回避することができる。また、角部を拡大部２１０ｂで押さえた場合、平行配向磁石に比べてハルバッハ配列のような磁束集中型磁石であれば拡大部２１０ｂを通じた磁束の漏れが少なくなるため、磁束密度を大きく損なうことなく永久磁石ユニット２２ａを適切に保持することができる。

また、切欠部２２２ｂは永久磁石ユニット２２ａを構成する補極２２２の配向方向に沿った斜面であり、拡大部２１０ｂをその斜面に沿ったテーパ形状としているので、磁石保持部２１０を設けても磁束が磁石保持部２１０を通ってロータコア２１に流れ難くなり、磁石による磁束密度の基本波成分を増加させることができる。

このような磁石をモータＭの回転子２に適用すれば、小型軽量にして高トルク、高効率な多極表面磁石型の回転子２を適切に構成することができ、航空機用のモータ等としての利用が大いに期待できるようになる。

磁石の製造方法としては、永久磁石シート２２１ａを積層してなる積層体に対して所定方向から切り出すことにより主極２２１を構成するとともに、主極２２１の永久磁石シート２２１ａと同じ配向を有する永久磁石シート２２２ａを積層してなる積層体に対して異なる方向から切り出すことにより主極２２１の隣接位置に組付けたモータ座標系において主極２２１に対して配向方向が異なることとなる補極２２２を構成するようにしている。

このようにすれば、同じような製作工程で渦電流損が小さく組付けた際に配向方向の異なる主極２２１や補極２２２を容易に製作することができる。シート座標系に対して同じ配向を有する永久磁石シート２２１ａ、２２２ａを異なる方向から切り出すという製法の観点のみからすれば、永久磁石シート２２１ａ、２２２ａの厚みは同一でなくとも良く、永久磁石シート２２１ａ、２２２ａの材料も同一でなくとも良い。

主極２２１の切り出しと補極２２２の切り出しに同じ治具を用いた場合には、同一寸法の主極２２１及び補極２２２を簡単に製作することができる。

また、切り出した主極２２１や補極２２２に対して、必要に応じて面取り等の後加工を施してもよい。最終形態が異なる場合にも、途中までの加工工程を共通に行えば、製造工程の簡素化を図ることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

主極２２１を構成する永久磁石シート２２１ａの厚み寸法ｔ１と補極２２２を構成する永久磁石シート２２２ａの厚み寸法ｔ２は、異なってもよい。

また、主極２２１と補極２２の磁石材料は別としても良い。主極２２１と補極２２２で、減磁し易い方は保磁力の高い材料、減磁し難い方は残留磁束密度の高い材料を選択することで、残留磁束密度が高く、減磁し難い磁石２２とすることができる。

上記実施形態では主極２２１を径方向に分割し、補極２２２を分割していないが、図８（ａ）に示すように、補極２２２を配向方向に対して垂直方向に分割してもよい。分割面２２２ｘを増やすことで、より渦電流損を低減することができる。

また、図８（ｂ）に示すように、第２の補極２２３を追加しても良い。図示例では、第２の補極２２３の配向方向は、主極２２１の配向方向に対して垂直であるが、斜め方向（例えば３０°、４５°、６０°など）としてもよい。主極２２１に磁束が集中するように補極２２２、２２３を増やすことで、磁石の磁束密度をより基本波成分である正弦波に近づけることができる。そして、追加した補極２２３についても、分割面２２３ｘを有することで、渦電流損を低減することができる。

また、図９に示すように、ロータコア２１による磁石保持部２１０の拡大部２１０ｂは磁石２２に埋め込まなくても良い。このようにすると、磁石角部を面取りで削らなくてもよくなるので、磁石２２による磁束密度が増加する。ただし、補極角部を面取りしない場合、補極角部からステータコア３１へ向かう磁束は磁石保持部２１０の拡大部２１０ｂを介してステータ２とロータ１のギャップ間を通り易くなり、その結果、ステータ２とロータ１のギャップ間の透磁率が増加してインダクタンスが増加し、力率が低減するので、許容される範囲で適用が可能である。

さらに、図１０（ａ１）に示すように、磁石保持部２１０を構成する拡大部２１０ｂの磁石保持面２１０ｂ１を、永久磁石ユニット２２ａを構成する補極２２２の着磁方向と平行なテーパ形状とすることで、磁束Ｈが磁石保持部２１０を構成する拡大部２１０ｂを通り難くなり、本来の磁束密度の基本波成分を増加させることができる。

図１０（ａ２）は比較例として、磁石保持部２１０を構成する拡大部２１０ｂの磁石保持面２１０ｂ２が着磁方向に対して角度を有する場合を示しており、磁束Ｈが磁石保持部２１０を構成する拡大部２１０ｂを通り易くなって、本来の磁束密度の基本波成分が減少する。

このように、図１０（ａ１）に示す磁石保持部２１０のテーパ形状は図１０（ａ２）に示す磁石保持部２１０の形状に比べて磁束密度の点では磁束の短絡を防ぐ効果が大きくなるが、磁石保持に有効な面積が小さくなり、磁石を保持する力が小さくなるので、許容される範囲で適用が有効である。

また、図１０（ｂ）に示すように、磁石保持部２１０を構成する壁状部２１０ａを、一部に切り欠き又は肉盗みを設けることによって、モータ軸ｍの方向に沿って間欠構造（櫛歯形状）としても良い。このようにすると、図１に示す固定子３と回転子２のギャップ間の磁性体の体積が減るので、インダクタンスが低減して、力率を向上させることができる。

また、図１１に示す磁石保持部２１０を構成する壁状部２１０ａと補極２２２との接触面、あるいは、ロータコア２１の外周と主極２２１又は補極２２２との接触面に接着剤を塗布して、ロータコア２１と永久磁石ユニット２２ａを接着による保持構造にしても良い。永久磁石ユニット２２ａとロータコア２１の隙間に接着剤を充填することで、線膨張係数差や寸法公差による隙間の変化によって永久磁石ユニット２２ａとロータコア２１が衝突することを防ぐことができる。

また、このように永久磁石ユニット２２ａ、２２ａ間（補極２２２、２２２間）に磁極保持部２１０の壁状部２１０ａがあることによって、永久磁石ユニット２２ａの保持が容易になるので、接着などで磁石保持が可能な場合、図１１に示すように磁石保持部２１０を壁状部２１０ａのみによって構成し、拡大部を無くすことで、短絡磁束の抑制効果を大きくすることができる。

また、アウターロータ型のモータに適用する場合には、主極、補極をロータコアの内周囲に接着することによって組付けを行えばよい。

さらに、本発明の永久磁石ユニットを備えた磁石、或いはその製法を、リニアモータ等の直動型電気機械の固定子や可動子に適用してもよい。

直動型電気機械に適用する場合は、図１２に示すように、磁石ユニット２２ａの主極２２１はコア２１の延伸方向である推力発生方向と直交する方向に配向し、磁石ユニット２２ａの補極２２２は主極２２１の配向方向に対して所定角度（±α：αは好ましくは鋭角）をなす方向を向くように配置されている。この場合、磁石ユニット２２ａ、２２ａ間に、上記実施形態における磁石保持部２１０と同様の磁石保持部を設けてもよい。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

Ａ…電動機（モータ）
２…回転子
３…固定子
２１…ロータコア
２２…磁石
２２ａ…永久磁石ユニット
２１０…磁石保持部
２１０ａ…壁状部
２１０ｂ…拡大部
２２１…主極
２２２…補極
２２１ａ、２２２ａ…永久磁石シート

Claims (7)

1. 略同一厚み寸法の永久磁石シートを厚み方向に積層して構成される主極と、
   略同一厚み寸法の永久磁石シートを厚み方向に積層し前記主極の隣接位置に前記主極と配向方向を異ならせて配置することにより前記主極に磁束を集中させるように構成される補極と、
   からなる永久磁石ユニットを備えたことを特徴とする、磁石。
2. 前記主極を構成する永久磁石シートと、前記補極を構成する永久磁石シートとは、配向方向が一致している、請求項１に記載の磁石。
3. 前記主極を構成する永久磁石シートと、前記補極を構成する永久磁石シートとは、厚み寸法が一致している、請求項１又は２に記載の磁石。
4. 前記主極又は前記補極の少なくとも一方は更に、厚み方向と直交する方向にも分割して構成されている、請求項１～３の何れかに記載の磁石。
5. 前記永久磁石ユニットは、１極ごとに構成されて推力発生方向に沿って配置され、推力発生要素であるコアの一部には、永久磁石ユニット間を推力発生方向と直交する方向に延びる壁状部と、この壁状部の端部から永久磁石ユニットの端部側の角部に重合する方向に延びる拡大部とからなる磁石保持部を有している、請求項１～４の何れかに記載の磁石。
6. 請求項１～５の何れかに記載の磁石を回転子に備えていることを特徴とする、電動機。
7. 永久磁石シートを積層してなる積層体に対して所定方向から切り出すことにより主極を構成するとともに、
   前記主極の永久磁石シートと同じ配向を有する永久磁石シートを積層してなる積層体に対して異なる方向から切り出すことにより前記主極の隣接位置に組付けた際に前記主極に対して配向方向が異なることとなる補極を構成してなる、ことを特徴とする磁石の製造方法。

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