JP5278545B2 - 永久磁石、モータ用ロータ又はステータ、回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の直方体の分割永久磁石を備える永久磁石に関する。

ＨＶ用の高出力の集中巻モータなどロータの内部の磁気変動の大きな用途では、渦電流損の低減を狙って希土類磁石の分割が行われている。

従来この種の技術として、下記の特許文献１に記載される永久磁石がある。図１７に示すように、特許文献１の永久磁石は、機械加工により永久磁石塊１０１を分割永久磁石１０２に分割する切断工程と、分割した分割永久磁石１０２に対して絶縁処理を施す被膜工程と、絶縁処理をした分割永久磁石１０２を接着剤等で接着し一つの永久磁石１０３とする接着工程とを有する。

しかし、特許文献１の永久磁石の製造方法の切断工程で行われる機械加工においては、永久磁石塊１０１を分割するためのダイアモンドチップを付着させた高価な切断刃具を用いる必要がある。切断刃具は消耗品であるため定期的な交換が必要となる。そのため、ダイアモンドチップを付着させた高価な切断刃具を消耗の都度交換するためコストが増加する問題があった。また、絶縁処理を施す被膜工程が必要となるためコストが増加する問題があった。

そこで、永久磁石を分割するコストの低減、及び絶縁処理のコストの低減を図る目的で、本出願人が行った下記の特許文献２に係る永久磁石を割断する製造方法に係る発明がある。図１８に示すように、永久磁石塊２０１を分割する際に割断切り口２０２を成形し、割断装置３００を用いて割断する。永久磁石塊２０１を割断することにより、切断刃具を使用しない割断装置３００により永久磁石塊２０１を分割し分割永久磁石を成形することができる。また、割断した永久磁石塊２０１は絶縁処理を行わなくても絶縁処理をした場合とほぼ同等の効果を得ることができる。その結果、分割永久磁石の製造の際のコストの低減、及び絶縁処理のコストの低減を図ることができた。

特開２００３−１３４７５０号公報 特許４４９７１９８

しかしながら、従来技術には、以下の問題があった。すなわち、特許文献２により割断された分割永久磁石を有する永久磁石は、図３に示すように、切断加工された永久磁石に対して同一の分割数における磁石渦損の残存率が大きくなるため問題となる。ここで渦損(渦電流損)とは、磁束が磁性体内に分布する際に発生する渦電流により生じる損失のことをいう。例えば、分割数が８の場合においては、切断加工面を接触面とした永久磁石Ｐ８（分割数８）の磁石渦損の残存率が約３０パーセントであるのに対して、割断加工面を接触面とした永久磁石（分割数８）の磁石渦損の残存率であるＱ８が約６０パーセントであり、磁石渦損の残存率が２倍異なる。その理由は図１９に示すように、割断された場合の永久磁石４００は、そのまま割断面Ｌ２を合わせるが、割断面Ｌ２は破断面となっている。破断面である割断面Ｌ２同士が接触すると接触面が増加する。そのため磁石渦損の残存率が大きくなる。

また、切断加工された永久磁石の切断加工面の表面酸化膜が３０ｎｍであるのに対して、割断された永久磁石の割断面の表面酸化膜は７ｎｍであった。割断された場合の永久磁石によると表面酸化膜が薄いため磁石渦損の残存率が大きくなることが分かった。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は永久磁石を割断しながら磁石渦損の残存率を小さくすることのできる永久磁石、永久磁石を用いたモータ用ロータ又はステータ、及び、永久磁石を用いたモータ用ロータを用いた回転電機を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明の一態様における永久磁石は、永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の直方体の分割永久磁石を備える永久磁石において、前記分割永久磁石は、第１分割永久磁石及び第２分割永久磁石を有すること、前記第１分割永久磁石と前記第２分割永久磁石は前記永久磁石塊が割断された際に隣り合い前記第１分割永久磁石の第１割断面と前記第２分割永久磁石の第２割断面は隣り合う部分であること、前記永久磁石のうち前記第１分割永久磁石の第１割断面と前記第２分割永久磁石の第２割断面は当接しない位置に配置されていること、を特徴とする。

（２）上記目的を達成するために、上記（１）に記載する永久磁石において、前記第１分割永久磁石と前記第２分割永久磁石が当接しない位置に配置すること、が好ましい。

（３）上記目的を達成するために、上記（１）に記載する永久磁石において、前記第１分割永久磁石の第１割断面と前記第２分割永久磁石の第２割断面が当接しない位置に配置すること、が好ましい。

（４）上記目的を達成するために、上記（１）乃至（３）に記載するいずれか一つの永久磁石において、前記第１分割永久磁石の第１割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、が好ましい。

（５）上記目的を達成するために、上記（１）乃至（３）に記載するいずれか一つの永久磁石において、前記２以上の分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、が好ましい。

（６）上記目的を達成するために、上記（５）に記載する永久磁石において、前記割断面は前記直方体のうち、対向する一対の面に配置されていること、が好ましい。

（７）上記目的を達成するために、本発明の他の態様におけるモータ用ロータ又はステータは、永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の分割永久磁石を備える直方体の永久磁石をスロット内に挿入したモータ用ロータ又はステータにおいて、前記分割永久磁石のうちの１つの分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、を特徴とする。

（８）上記目的を達成するために、上記（７）に記載するモータ用ロータ又はステータにおいて、前記２以上の分割永久磁石の分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、が好ましい。

（９）上記目的を達成するために、上記（７）又は（８）に記載するモータ用ロータ又はステータにおいて、前記割断面は前記直方体のうち、対向する一対の面に配置されていること、が好ましい。

（１０）上記目的を達成するために、本発明の他の態様における回転電機は、永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の分割永久磁石を備える直方体の永久磁石をスロット内に挿入したモータ用ロータを用いる回転電機において、前記分割永久磁石のうちの１つの分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、を特徴とする。

（１１）上記目的を達成するために、上記（１０）に記載する回転電機において、前記２以上の分割永久磁石の分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、が好ましい。

（１２）上記目的を達成するために、上記（１０）又は（１１）に記載する回転電機において、前記割断面は前記直方体のうち、対向する一対の面に配置されていること、が好ましい。

上記（１）に記載の永久磁石によれば、永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の直方体の分割永久磁石を備える永久磁石において、前記分割永久磁石は、第１分割永久磁石及び第２分割永久磁石を有すること、前記第１分割永久磁石と前記第２分割永久磁石は前記永久磁石塊が割断された際に隣り合い前記第１分割永久磁石の第１割断面と前記第２分割永久磁石の第２割断面は隣り合う部分であること、前記永久磁石のうち前記第１分割永久磁石の第１割断面と前記第２分割永久磁石の第２割断面は当接しない位置に配置されている永久磁石となる。それにより、割断された対向する割断面である第１割断面と第２割断面が当接することがなくなる。第１割断面と第２割断面が当接しないことにより、分割永久磁石同士の接触する接触面積が減少するため、割断による磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

上記（２）に記載の永久磁石によれば、前記第１分割永久磁石と前記第２分割永久磁石が当接しない位置に配置されている永久磁石となる。それにより、割断された対向する割断面である第１割断面と第２割断面が当接することがなくなる。すなわち、第１分割永久磁石又は第２分割永久磁石が隣り合わないように分割永久磁石の並んだ順番を変更することにより、対向する割断面である第１割断面と第２割断面が当接することがなくなるためである。

上記（３）に記載の永久磁石によれば、前記第１分割永久磁石の第１割断面と前記第２分割永久磁石の第２割断面が当接しない位置に配置されている永久磁石となる。それにより、割断された対向する割断面である第１割断面と第２割断面が当接することがなくなる。すなわち、第１分割永久磁石又は第２分割永久磁石の向きを変更することにより割断された対向する割断面である第１割断面と第２割断面が当接しない位置に配置することができる。

上記（４）に記載の永久磁石によれば、前記第１分割永久磁石の第１割断面が前記永久磁石の外周面に配置されている永久磁石となる。分割永久磁石のうち少なくとも１つの分割永久磁石の割断面が外周面に配置されていることにより、分割永久磁石同士の接触面のうち少なくとも１つの接触面は切断加工により行われた切断加工面となる。少なくとも１つの分割永久磁石の切断加工面が接触することにより、分割永久磁石同士が接触する接触面積が減少するため、割断による磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

上記（５）に記載の永久磁石によれば、前記２以上の分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されている永久磁石となる。永久磁石のうち割断面が外周面に配置されていることにより、分割永久磁石同士の接触面は切断加工により行われた切断加工面となる。切断加工面が接触することにより、分割永久磁石同士が接触する接触面積が減少するため、割断による磁石渦損の残存率を小さくすることができる。また、接触面が切断加工された切断加工面とすることができるため表面酸化膜が３０ｎｍとなる。その結果、割断面が接触面である場合の表面酸化膜７ｎｍと比較して表面酸化膜を厚くすることができるため磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

上記（６）に記載の永久磁石によれば、前記割断面は前記直方体のうち、対向する一対の面に配置されている永久磁石となる。それにより、スロット内に永久磁石を挿入したときの永久磁石の位置精度が良くなる。すなわち、仮に凹凸を有する割断面が全周面にわたって配置されている場合には、永久磁石の割断面がスロット内で引掛りスムーズに挿入することができず永久磁石の位置にばらつきが生じる。他方、割断面を対向する一対の面に配置することにより、もう一対の面は凹凸を有さない切断加工面となる。そのため、スロット内に永久磁石を挿入する際には、切断加工面を基準として挿入することができるため永久磁石の位置のばらつきを減少することができる。その結果、スロット内に永久磁石を挿入したときの永久磁石の位置精度が良くすることができる。

上記（７）に記載のモータ用ロータ又はステータによれば、永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の分割永久磁石を備える直方体の永久磁石をスロット内に挿入したモータ用ロータ又はステータにおいて、前記分割永久磁石のうちの１つの分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されているモータ用ロータ又はステータとなる。モータ用ロータ又はステータの分割永久磁石のうち少なくとも１つの分割永久磁石の割断面が外周面に配置されていることにより、分割永久磁石同士の接触面のうち少なくとも１つの接触面は切断加工により行われた切断加工面となる。少なくとも１つの分割永久磁石の切断加工面が割断面と接触することにより、分割永久磁石同士が接触する接触面積が減少するため、割断による磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

上記（８）に記載のモータ用ロータ又はステータによれば、前記２以上の分割永久磁石の分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されたモータ用ロータ又はステータとなる。モータ用ロータ又はステータ内の永久磁石のうち割断面が外周面に配置されていることにより、分割永久磁石同士の接触面は切断加工により行われた切断加工面となる。切断加工面が接触することにより、分割永久磁石同士が接触する接触面積が減少するため、割断による磁石渦損の残存率を小さくすることができる。また、接触面が切断加工された切断加工面とすることができるため表面酸化膜が３０ｎｍとなる。その結果、割断面が接触面である場合の表面酸化膜７ｎｍと比較して表面酸化膜を厚くすることができるため磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

上記（９）に記載のモータ用ロータ又はステータによれば、前記割断面は前記直方体のうち、対向する一対の面に配置されたモータ用ロータ又はステータとなる。それにより、モータ用ロータ又はステータのスロット内に永久磁石を挿入したときの永久磁石の位置精度が良くなる。すなわち、仮に凹凸を有する割断面が全周面にわたって配置されている場合には、永久磁石の割断面がスロット内で引掛りスムーズに挿入することができず永久磁石の位置にばらつきが生じる。他方、割断面を対向する一対の面に配置することにより、もう一対の面は凹凸を有さない切断加工面となる。そのため、スロット内に永久磁石を挿入する際には、切断加工面を基準として挿入することができるため永久磁石の位置のばらつきを減少することができる。その結果、スロット内に永久磁石を挿入したときの永久磁石の位置精度が良くすることができる。

上記（１０）に記載の回転電機によれば、永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の分割永久磁石を備える直方体の永久磁石をスロット内に挿入したモータ用ロータを用いる回転電機において、前記分割永久磁石のうちの１つの分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置された回転電機となる。回転電機内のモータ用ロータ又はステータ内に挿入される分割永久磁石のうち少なくとも１つの分割永久磁石の割断面が外周面に配置されていることにより、分割永久磁石同士の接触面のうち少なくとも１つの接触面は切断加工により行われた切断加工面となる。少なくとも１つの分割永久磁石の切断加工面が割断面と接触することにより、分割永久磁石同士が接触する接触面積が減少するため、割断による磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

上記（１１）に記載の回転電機によれば、前記２以上の分割永久磁石の分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置された回転電機となる。回転電機内のモータ用ロータ又はステータ内の永久磁石のうち割断面が外周面に配置されていることにより、分割永久磁石同士の接触面は切断加工により行われた切断加工面となる。切断加工面が接触することにより、分割永久磁石同士が接触する接触面積が減少するため、割断による磁石渦損の残存率を小さくすることができる。また、接触面が切断加工された切断加工面とすることができるため表面酸化膜が３０ｎｍとなる。その結果、割断面が接触面である場合の表面酸化膜７ｎｍと比較して表面酸化膜を厚くすることができるため磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

上記（１２）に記載の回転電機によれば、前記割断面は前記直方体のうち、対向する一対の面に配置された回転電機となる。それにより、モータ用ロータ又はステータのスロット内に永久磁石を挿入したときの永久磁石の位置精度が良くなる。すなわち、仮に凹凸を有する割断面が全周面にわたって配置されている場合には、永久磁石の割断面がスロット内で引掛りスムーズに挿入することができず永久磁石の位置にばらつきが生じる。他方、割断面を対向する一対の面に配置することにより、もう一対の面は凹凸を有さない切断加工面となる。そのため、スロット内に永久磁石を挿入する際には、切断加工面を基準として挿入することができるため永久磁石の位置のばらつきを減少することができる。その結果、スロット内に永久磁石を挿入したときの永久磁石の位置精度が良くすることができる。

第１実施形態に係る永久磁石の外観斜視図である。 第１実施形態に係る永久磁石塊の外観斜視図である。 第１実施形態に係る永久磁石の分割数と磁石渦損の残存率の関係を表した図である。 第１実施形態に係る永久磁石塊の分割工程（２）の概念図である。 第１実施形態に係る永久磁石塊の分割工程（１）の概念図である。 第１実施形態に係るロータを示す平面図である。 第１実施形態に係るロータを示す図６の２−２線断面図である。 第１実施形態に係るロータにつき、図６の鎖線楕円で囲んだ分割永久磁石の部分を拡大して示す平面図である。 第１実施形態に係る分割永久磁石を組み付ける前のロータコアを示す平面図である。 第１実施形態に係るロータコアにつき、図９の鎖線楕円で囲んだスロットの部分を拡大して示す平面図である。 第１実施形態に係るロータの製造方法を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る成形された１枚の電磁鋼板を示す平面図である。 第１実施形態に係る「分割永久磁石作製工程」の内容を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る永久磁石（１）の外観斜視図である。 第２実施形態に係る永久磁石（２）の外観斜視図である。 本実施形態に係る回転電機の断面図である。 従来技術に係る永久磁石の製造工程の概念図（１）である。 従来技術に係る永久磁石の製造工程の概念図（２）である。 永久磁石塊の割断面の拡大断面図である。

以下、本発明における永久磁石の製造方法の一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。始めに構成として、永久磁石を使用するロータの全体構成について説明し、ロータに挿入する永久磁石を説明する。次いで永久磁石を含めたロータの製造方法について説明する。最後に、永久磁石の作用効果について説明する。

［第１実施形態］
＜ロータの全体構成＞
図６に、この実施形態のモータ用ロータ１１を平面図により示す。図７に、モータ用ロータ１１を図６の２−２線断面図により示す。図６，７に示すように、このモータ用ロータ１１は、略円柱形状をなすロータコア１２と、ロータコア１２の中心に成形された一つのシャフト締付孔１３と、シャフト締付孔１３に組み付けられたロータシャフト１４とを備える。

この実施形態で、図７に示すように、ロータコア１２は、複数の電磁鋼板２２を積層することにより構成される。図６に示すように、ロータコア１２の外周部には、等角度間隔に配置され、ロータコア１２の軸方向に貫通する複数のスロット１５が成形される。複数のスロット１５は、ロータコア１２の外周縁に沿って配列され、隣り合う２つのスロット１５が「ハの字状」又は「逆ハの字状」をなすように配置される。各スロット１５には、それぞれ界磁用の永久磁石１６が組み付けられて固定される。ロータコア１２には、シャフト締付孔１３と複数のスロット１５との間にて、シャフト締付孔１３の周囲に、複数の肉抜き孔１７が成形される。これらの肉抜き孔１７は、平面視で略台形状をなし、ロータコア１２を軸方向に貫通する。

図６，７に示すように、ロータシャフト１４は、筒形をなし、その外周には、ロータコア１２に係合するフランジ１４ａが成形される。この実施形態で、ロータシャフト１４は、金属材料を鍛造することにより成形される。ロータシャフト１４は、ロータコア１２のシャフト締付孔１３に中間ばめ又は圧入により組み付けられる。

図８に、モータ用ロータ１１につき、図６の鎖線楕円Ｓ１で囲んだ永久磁石１６の部分を拡大して平面図により示す。「逆ハの字状」をなす隣り合う二つのスロット１５の間には、両スロット１５を区画する肉部分としての第１のブリッジ部１８が成形される。また、各スロット１５からロータコア１２の外周縁までの間には、肉部分としての第２のブリッジ部１９が成形される。図１６に示す回転電機４０を構成するために、このモータ用ロータ１１がステータ４１に組み付けられた状態で、各スロット１５の中の永久磁石１６を、モータ用ロータ１１の周囲に位置するステータに近付けるためには、第２のブリッジ部１９の幅を極力小さくする必要がある。永久磁石１６は、各スロット１５の中に挿入され、接着剤等により固定される。

図９に、ロータシャフト１４と永久磁石１６を組み付ける前のロータコア１２を平面図により示す。図１０に、ロータコア１２につき、図９の鎖線楕円Ｓ２で囲んだスロット１５の部分を拡大して平面図により示す。

＜回転電機の全体構成＞
図１６に回転電機４０の断面図を示す。図１６に示す回転電機４０は、ステータ４１内に図７に示すモータ用ロータ１１が組みつけられ、その外周にカバー（図示なし）が形成されている。モータ用ロータ１１を用いた回転電機４０については、モータ用ロータ１１以外は、従来技術と変わるところがないため、詳細な説明は割愛する。モータ用ロータ１１を用いた回転電機４０は、モータ用ロータ１１が有するのと同様の作用効果を得ることができる。

＜永久磁石の構成＞
図１に、永久磁石１６の外観斜視図を示す。本実施形態においては、図１に示すように、永久磁石１６は、分割永久磁石１６１〜１６５を有する。永久磁石１６は、Ａ面１６Ａ、Ｂ面１６Ｂ、Ｃ面１６Ｃ、Ｄ面１６Ｄ、Ｅ面１６Ｅ、Ｆ面１６Ｆの６面を有する直方体形状である。図８中、ロータコア１２の表面上に表れる面がＡ面１６Ａであり、図示されない下面に表れる面がＢ面１６Ｂである。その他Ｃ面１６Ｃ、Ｄ面１６Ｄ、Ｅ面１６Ｅ、Ｆ面１６Ｆは、スロット１５の側周壁面に面している。

図１に示す、本実施形態における永久磁石１６のＥ面１６Ｅ及びＦ面１６Ｆは割断面となる。なお、図１に示すＥ面１６Ｅは、割断面であることが理解し易いように、模様を付してある。その他のＡ面１６Ａ、Ｂ面１６Ｂ、Ｃ面１６Ｃ、Ｄ面１６Ｃの４面は切断加工面となる。

図１に示すように、分割永久磁石１６１と分割永久磁石１６２が接触する接触面１６１Ｂと接触面１６２Ａはともに切断加工面となるように配置されている。また、分割永久磁石１６２と分割永久磁石１６３が接触する接触面１６２Ｂと接触面１６３Ａはともに切断加工面となるように配置されている。その他、分割永久磁石１６３、１６４、１６５が互いに接触する接触面は上記と同様に切断加工面となるように配置されている。

なお、本実施形態においては、分割永久磁石１６１等の割断面が永久磁石１６の外周面に配置されるように記載したが、分割永久磁石１６１等のうち少なくとも１つの分割永久磁石の割断面が永久磁石１６の外周面に配置することができる。分割永久磁石１６１等のうち少なくとも１つの分割永久磁石の割断面が永久磁石１６の外周面に配置されることにより、分割永久磁石同士の接触面のうち少なくとも１つの接触面は切断加工により行われた切断加工面となる。少なくとも１つの分割永久磁石の切断加工面が割断面と接触することにより、分割永久磁石同士が接触する接触面積が減少するため、割断による磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

＜ロータの製造方法＞
次に、モータ用ロータ１１及びモータ用ロータ１１に挿入される永久磁石１６の製造方法について説明する。図１１にモータ用ロータ１１の製造方法をフローチャートにより示す。

図１１（１）に示す「電磁鋼板成形工程」では、複数の電磁鋼板２２を互いに同一形状に成形する。図１２に、成形された１枚の電磁鋼板２２を平面図により示す。この電磁鋼板２２は、「０.３（ｍｍ）」程度の薄板材をプレスすることにより成形される。図１２に示すように、この電磁鋼板２２は、円形の外形をなし、複数のスロット１５を構成する複数のスロット用孔２５が外周部に等角度間隔に成形される。電磁鋼板２２の中心には、シャフト締付孔１３に対応する一つの中心孔２３が成形される。また、電磁鋼板２２において、中心孔２３と複数のスロット用孔２５との間には、複数の肉抜き孔１７に対応する複数の中間孔２７が成形される。

次に、図１１（２）に示す「ロータコア作製工程」では、上記工程で成形された複数の電磁鋼板２２を積層することによりロータコア１２を作製する。このとき、複数の電磁鋼板２２を、隣接する上下の電磁鋼板２２の間で、中心孔２３、スロット用孔２５及び中間孔２７が整合するように積層する。

また、図１１（３）に示す「分割永久磁石作製工程」では、複数の永久磁石１６を作製する。この工程の内容を図１３のフローチャートを参照して説明する。

＜永久磁石の製造方法＞
最初に、図１３（１）に示す「成形過程」では、周知の方法により、磁石材料を直方体形状に成形する。この場合、一度に複数の成形体を作ることもできる。次に、図１３（２）に示す「焼成過程」では、複数の成形体を焼成することにより、複数の永久磁石塊３１を作製する。

次に、図１３（３）に示す「割断過程」では、図２に斜視図で示すように、一つの永久磁石塊３１を割断により複数の分割永久磁石１６１、１６２、１６３、１６４、１６５に分割する。具体的には、図５に示すように、永久磁石塊３１のうち分割永久磁石１６１と１６２を分割する部分にレーザを照射することで割断切り口３５を成形する。割断切り口３５を成形することにより、割断する部分を特定できるため、均等に分割永久磁石１６１、１６２を成形することができる。なお、分割永久磁石１６１と１６２に係る部分の分割方法のみを例として挙げたが、その他の分割永久磁石も同様の方法により割断する。

ただし、図５に示すように、レーザを照射して割断切り口３５を成形する際には、割断切り口３５の両端にある分割永久磁石１６１の凸部成形面１６１Ｃ及び分割永久磁石１６２の凸部成形面１６２Ｃに所定量だけ盛り上がった、加工痕凸部３５１が成形される。この加工痕凸部３５１は、レーザの高熱により永久磁石塊３１が溶けて酸化状となって盛り上がったものである。この盛り上がった部分の高さは「１０（μｍ）」程度が想定される。なお、図４及び図５は、加工痕凸部３５１が理解し易いように加工痕凸部３５１を拡大して記載したものである。

割断切り口３５の両端にある分割永久磁石１６１、１６２を下方向へ加圧することで、図２に示すように、一つの永久磁石塊３１を割断により複数の分割永久磁石１６１、１６２に分割することができる。永久磁石塊３１を割断により分割することで、永久磁石塊３１を切断する際に必要とされた切断刃具を使用しない。その結果、永久磁石塊３１の分割する際に必要とされたダイアモンドチップを付着させた高価な切断刃具が不要となるためコストの低減を図ることができる。なお、その他の分割永久磁石１６３、１６４、１６５も同様に割断することができる。

その後、図１３（４）に示す「突き合わせ過程」では、図２に示す、隣り合う分割永久磁石１６１、１６２、１６３、１６４、１６５の割断面が永久磁石１６の外周面であるＥ面１６Ｅ、Ｆ面１６Ｆを向くように配置する。本実施形態においては、図１に示すように、永久磁石１６のＥ面１６Ｅ、Ｆ面１６Ｆに割断面が位置するように分割永久磁石１６１、１６２、１６３、１６４、１６５の向きを配置する。具体的には、図１では、分割永久磁石１６１の割断面１６１Ｅ、分割永久磁石１６２の割断面１６２Ｅ、分割永久磁石１６３の割断面１６３Ｅ、分割永久磁石１６４の割断面１６４Ｅ、分割永久磁石１６５の割断面１６５Ｅが、永久磁石１６のＥ面１６Ｅに位置するように配置した。また、分割永久磁石１６２の割断面１６２Ｆ、分割永久磁石１６３の割断面１６３Ｆ、分割永久磁石１６４の割断面１６４Ｆが永久磁石１６のＦ面１６Ｆに位置するように配置した。１本の永久磁石塊３１を割断した場合、端部である分割永久磁石１６１、１６５には割断面は一方のみとなる。本実施形態においては、分割永久磁石１６１、１６５のうち割断面１６１Ｅ、１６５Ｅは永久磁石１６のＥ面１６Ｅに配置した。そのため、Ｆ面１６Ｆの面については、切断加工面１６１Ｆ、１６５Ｆとなる。

また、分割永久磁石１６１、１６２、１６３、１６４、１６５の切断加工面が互いの接触面に位置するように配置する。図１に示すように、本実施形態においては、分割永久磁石１６１と分割永久磁石１６２の接触面である、分割永久磁石１６１の切断加工面である接触面１６１Ｂと分割永久磁石１６２の切断加工面である接触面１６２Ａを接触する位置に配置する。その他、分割永久磁石１６２と分割永久磁石１６３、分割永久磁石１６３と分割永久磁石１６４、及び分割永久磁石１６４と分割永久磁石１６５が接触する接触面も上記と同様に切断加工面が位置するように配置する。

また、図１に示すように、分割永久磁石１６１、１６２、１６３、１６４、１６５のうち、加工痕凸部３５１を成形した凸部成形面１６１Ｃ、１６２Ｃ、１６３Ｃ、１６４Ｃ、１６５Ｃが図１中の永久磁石１６のＣ面１６Ｃに位置するように配置する。図１中、加工痕凸部は記載されないが、凸部成形面１６１Ｃ、１６２Ｃ、１６３Ｃ、１６４Ｃ、１６５Ｃに成形される。

また、図１に示す永久磁石１６の寸法は、磁石幅Ｘ１×磁石厚Ｙ１×（分割幅Ｗ１×分割数５）である。一方、永久磁石塊３１の寸法は、（磁石幅Ｘ１×分割数５）×磁石厚Ｙ１×分割幅Ｗ１の寸法である。したがって、本実施形態においては、永久磁石１６を成形するためには、永久磁石１６の磁石幅Ｘ１と分割幅Ｗ１を入れ替えた寸法の永久磁石塊３１を成形する必要がある。なお、本実施形態においては、磁石幅Ｘ１と分割幅Ｗ１を入れ替えた寸法の永久磁石塊３１により製造することとしたが、磁石厚Ｙ１と分割幅Ｗ１を入れ替えた寸法の永久磁石塊３１によっても、図１に示すのと同様の寸法の永久磁石１６を製造することができる。

図１１（３）に係る「分割永久磁石作製工程」は、図１１に示すロータ製造に係る上記した各工程と並行して行うことができる。

永久磁石の製造後、図１１（４）に示す「分割永久磁石組付工程」では、上記工程で作製された図１０に示すロータコア１２の各スロット１５の中に、図１に示す永久磁石１６を組み付けて固定する。すなわち、図８に示すように、ロータコア１２の各スロット１５に永久磁石１６を挿入して固定する。

永久磁石１６のＢ面１６Ｂを先頭にスロット１５に対して、図１０中の垂直方向に挿入する。図１０に示すように、スロット１５は、内周壁面１５Ａ、外周壁面１５Ｂ、側周壁面１５Ｃを有する。永久磁石１６の挿入位置は具体的には、図８に示すように、永久磁石１６のうち内周壁面１５Ａと向き合う面にＣ面１６Ｃを位置させ、外周壁面１５Ｂと向き合う面にＤ面１６Ｄを位置させ、側周壁面１５Ｃと向き合う面にＥ面１６Ｅ及びＦ面１６Ｆを位置させる。このとき、永久磁石１６とスロット１５の内壁との間に接着剤等を介在させることができる。

側周壁面１５Ｃと向き合う面であるＥ面１６Ｅ及びＦ面１６Ｆは割断面が位置する。永久磁石１６の割断面がスロット１５の側周壁面１５Ｃと接する面に配置されていることにより、スロット１５内に永久磁石１６を挿入したときの永久磁石１６の位置精度が良くなる。すなわち、仮に凹凸を有する割断面が全周面にわたって配置されている場合には、スロット１５内に永久磁石１６をスムーズに挿入することができず永久磁石１６の位置にばらつきが生じる。他方、割断面を対向する一対の面に配置することにより、もう一対の面は凹凸を有さない切断加工面となる。そのため、スロット１５内に永久磁石１６を挿入する際には、切断加工面を基準として挿入することができるため永久磁石１６の位置のばらつきを減少させることができる。その結果、スロット１５内に永久磁石１６を挿入したときの永久磁石１６の位置精度が良くすることができる。

また、永久磁石１６のＣ面１６Ｃに成形された加工痕凸部３５１が、モータ用ロータ１１の径方向において、スロット１５の内周側にある内周壁面１５Ａに対向して位置する。

また、図１１（５）に示す「ロータシャフト作製工程」では、周知の方法によりロータシャフト１４を作製する。この工程は、ロータ製造に係る上記した各工程と並行して行うことができる。

そして、図１１（６）に示す「ロータシャフト組付工程」では、ロータコア１２のシャフト締付孔１３に、ロータシャフト１４を中間ばめ又は圧入して組み付ける。このようにして、図１１に示すモータ用ロータ１１を製造することができる。

＜永久磁石の作用効果＞
図１に示すように、永久磁石１６は、隣り合う分割永久磁石１６１、１６２、１６３、１６４、１６５の割断面が、永久磁石１６の外周面であるＥ面１６Ｅ、Ｆ面１６Ｆに配置されていることにより、分割永久磁石同士の接触面は切断加工により行われた切断加工面となる。切断加工面が接触することにより、分割永久磁石同士が接触する接触面積が減少する。そのため、割断による磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

また、分割永久磁石１６１、１６２、１６３、１６４、１６５の接触面が切断加工された切断加工面とすることができるため表面酸化膜が３０ｎｍとなる。その結果、割断面が接触面である場合の表面酸化膜７ｎｍと比較して表面酸化膜を厚くすることができるため磁石渦損の残存率を小さくすることができる。すなわち、約４倍表面酸化膜を厚くすることができる。本出願人は表面酸化膜が厚くなることにより磁石渦損の残存率が小さくなる関係があることを実験により確認している。

分割永久磁石同士が接触する接触面積が減少すること、及び、表面酸化膜を厚くすることができることにより、具体的には、図３に示す効果を得ることができた。図３には、分割数と磁石渦損の残存率との関係を示したグラフである。横軸が分割数であり、縦軸が磁石渦損の残存率（パーセント）を示す。実線Ｐは、切断加工面を接触面とした永久磁石の磁石渦損の残存率を示し、点線Ｑは、割断加工面を接触面とした永久磁石の磁石渦損の残存率を示したものでる。

永久磁石１６は、絶縁被覆膜を被覆した分割永久磁石１６１、１６２、１６３、１６４、１６５の切断加工面が接触面に位置するように配置している。したがって、図３に示す、実線Ｐの効果を得ることができる。すなわち、本実施形態における分割数が５個の場合のＰ５に示すように、磁石渦損の残存率を約５０パーセントに押さえることができる。割断された永久磁石の場合のＱ５では、磁石渦損の残存率が約７０パーセントとなるため、約２０パーセント磁石渦損の残存率を低下させることができる。本実施形態は分割数が５個の場合であるが、分割数が増えた場合にも図３と同様の効果を得ることができることを本出願人は実験により確認している。

また、側周壁面１５Ｃと向き合う面であるＥ面１６Ｅ及びＦ面１６Ｆは割断面が位置する。永久磁石１６の割断面がスロット１５の側周壁面１５Ｃと接する面に配置されていることにより、永久磁石１６のスロット１５内の位置精度が良くなる。すなわち、割断面は切断加工された切断加工面とは異なり凹凸が成形されている。割断面の凹凸はスロット１５の内壁に支持点を多く持つことができる。支持点を多く持つことができることにより永久磁石１６のスロット１５内における位置精度を良くすることができる。また、永久磁石のＥ面及びＦ面とスロット１５側周壁面の精度が高い場合には、全面において支持点を有することができるが、面の精度を高めるためにはコストが高くなるため問題となる。本実施形態のように割断面の凹凸を支持点とすることによりコストを安くすることができる。また、コストが安い中で永久磁石１６のスロット１５内の位置精度を高くすることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る永久磁石は、第１実施形態に係る永久磁石１６と比較して、分割永久磁石１６１乃至分割永久磁石１６５の配置が異なるのみである。第２実施形態においては、第１実施形態における永久磁石の内分割永久磁石の配置以外異なるところがない。そのため、第２実施形態においては永久磁石を説明することにより、その他の部分の説明を割愛する。

なお、第２実施形態ではその他の部分の説明を割愛するが、第１実施形態と同様の作用、及び効果を有する。

（永久磁石の変形例）
図１４に示すように、永久磁石５０は、図２に示す永久磁石塊３１の分割永久磁石１６２及び分割永久磁石１６４の並びの順番の変更をすることにより成形される。具体的には、永久磁石５０は、図２に示す永久磁石塊３１のうち分割永久磁石１６２と分割永久磁石１６４の向きをそのままに、並びの順番を変更したものとなる。

分割永久磁石１６２と分割永久磁石１６４の並びの順番の変更をすることにより、図１８に示すように、割断された際に隣り合い、かつ、対向する割断面同士が接触することがない。すなわち、分割永久磁石１６２と分割永久磁石１６４の並びの順番の変更をすると、分割永久磁石１６２の割断面１６２Ｆは割断面１６５Ｅと当接し、割断面１６２Ｅは割断面１６３Ｆと当接する。また、分割永久磁石１６４の割断面１６４Ｆは割断面１６３Ｅと当接し、割断面１６４Ｅは割断面１６１Ｆと当接する。そのため、割断面同士が当接するが、割断された際に隣り合い、かつ、対向する割断面同士が当接することがない。割断された際に隣り合い、かつ、対向する割断面同士が当接しなければ、接触面は少なくなるため、磁石渦損の残存率が小さくなる。

また、図１４では分割永久磁石１６２と分割永久磁石１６４の並びの順番を変更することしたが、図２に示す永久磁石塊３１のうち分割永久磁石１６２、及び分割永久磁石１６４の向きを反対に変更することもできる。例えば、図１５に示す永久磁石５１のような形態とすることができる。すなわち、分割永久磁石１６２の向きを反対に変更することにより、割断面１６２Ｆは割断面１６１Ｆと当接し、割断面１６２Ｅは割断面１６３Ｅと当接する。さらに、分割永久磁石１６４の向きを反対に変更することにより、割断面１６４Ｆは割断面１６３Ｆと当接し、割断面１６４Ｅは割断面１６５Ｅと当接する。そのため、割断面同士が当接するが、割断された際に隣り合い、かつ、対向する割断面同士が当接することがない。割断された際に隣り合い、かつ、対向する割断面同士が当接しなければ、接触面は少なくなるため、磁石渦損の残存率が小さくなる。

また、本実施例の図１４に示す永久磁石５０及び図１５に示す永久磁石５１においては、分割永久磁石１６２と分割永久磁石１６４の並びの順番の変更、又は、向きの変更をすることしたが、その他の分割永久磁石１６１、１６３、１６５の並びの順番の変更、又は向きの変更をすることによっても割断された際に隣り合い、かつ、対向する割断面同士が当接しないようにすることができるため、接触面を少なくし、磁石渦損の残存率を小さくすることができる。

以上説明したこの実施形態のモータ用ロータ１１によれば、ロータコア１２の各スロット１５に、複数の分割片からなる永久磁石１６が組み付けられる。従って、このモータ用ロータ１１を、集中巻モータのロータとして使用した場合に、永久磁石１６での渦損の発生が低減される。この結果、モータの効率を向上させることができる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。

例えば、加工痕凸部３５１は、割断工程において成形されるものであるが、故意に加工痕凸部と同様の凸部を成形することもできる。故意に凸部を成形するのは、永久磁石にかかる遠心力を分散する際に必要となるためである。

例えば、本実施形態においては、永久磁石をモータ用ロータのスロット内に埋め込んで使用したが、図１５に示すステータ４１内に挿入することができる。ステータ４１内に永久磁石を挿入した場合においても、本実施形態と同様の作用効果を有する。

１１・・・モータ用ロータ
１５・・・スロット
１６・・・永久磁石
１６１、１６２、１６３、１６４、１６５・・・分割永久磁石
１６１Ｆ、１６２Ｅ、１６２Ｆ、１６３Ｅ、１６３Ｆ、１６４Ｅ、１６４Ｆ、１６５Ｅ・・・割断面
３１・・・永久磁石塊
３５・・・割断切り口
３５１・・・加工痕凸部
４０・・・回転電機
４１・・・ステータ

Claims (12)

1. 永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の直方体の分割永久磁石を備える永久磁石において、
   前記分割永久磁石は、第１分割永久磁石及び第２分割永久磁石を有すること、
   前記第１分割永久磁石と前記第２分割永久磁石は前記永久磁石塊が割断された際に隣り合い前記第１分割永久磁石の第１割断面と前記第２分割永久磁石の第２割断面は隣り合う部分であること、
   前記永久磁石のうち前記第１分割永久磁石の第１割断面と前記第２分割永久磁石の第２割断面は当接しない位置に配置されていること、
   を特徴とする永久磁石。
2. 請求項１に記載する永久磁石において、
   前記第１分割永久磁石と前記第２分割永久磁石が当接しない位置に配置すること、
   を特徴とする永久磁石。
3. 請求項１に記載する永久磁石において、
   前記第１分割永久磁石の第１割断面と前記第２分割永久磁石の第２割断面が当接しない位置に配置すること、
   を特徴とする永久磁石。
4. 請求項１乃至請求項３に記載するいずれか一つの永久磁石において、
   前記第１分割永久磁石の第１割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、
   を特徴とする永久磁石。
5. 請求項１乃至請求項３に記載するいずれか一つの永久磁石において、
   前記２以上の分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、
   を特徴とする永久磁石。
6. 請求項５に記載する永久磁石において、
   前記割断面は前記直方体のうち、対向する一対の面に配置されていること、
   を特徴とする永久磁石。
7. 永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の分割永久磁石を備える直方体の永久磁石をスロット内に挿入したモータ用ロータ又はステータにおいて、
   前記分割永久磁石のうちの１つの分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、
   を特徴とするモータ用ロータ又はステータ。
8. 請求項７に記載するモータ用ロータ又はステータにおいて、
   前記２以上の分割永久磁石の分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、
   を特徴とするモータ用ロータ又はステータ。
9. 請求項７又は請求項８に記載するモータ用ロータ又はステータにおいて、
   前記割断面は前記直方体のうち、対向する一対の面に配置されていること、
   を特徴とするモータ用ロータ又はステータ。
10. 永久磁石塊を割断することにより割断面が成形された２以上の分割永久磁石を備える直方体の永久磁石をスロット内に挿入したモータ用ロータを用いる回転電機において、
    前記分割永久磁石のうちの１つの分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、
    を特徴とする回転電機。
11. 請求項１０に記載する回転電機において、
    前記２以上の分割永久磁石の分割永久磁石の割断面が前記永久磁石の外周面に配置されていること、
    を特徴とする回転電機。
12. 請求項１０又は請求項１１に記載する回転電機において、
    前記割断面は前記直方体のうち、対向する一対の面に配置されていること、
    を特徴とする回転電機。

Images