JP5444630B2 - ロータ及び埋込磁石型モータ - Google Patents

Description

この発明は、ロータコア内部に永久磁石を埋め込んだロータ及び埋込磁石型モータに関する。

埋込磁石型モータは、その（逆）突極性に起因して、リラクタンストルクを利用することができ、比較的高いトルクを実現できる。また、弱め磁束制御を行うことで、より高速まで運転範囲を広げることができる。

一方、ブラシレスモータの一種である埋込磁石型モータにおいては、過渡時や異常時等に、ロータの位置を正確に把握して電流を流すことが困難である。そのような状態下では、ロータに埋込まれた永久磁石には、その埋込箇所によって局所的に減磁し易い箇所が発生する。

かかる減磁対策として、局所的に減磁し易い箇所に合わせて、磁石厚みや永久磁石材料の保磁力を決定する構成が考えられる。ところが、この場合、減磁し易い箇所以外では、減磁に対しては過剰品質となってしまう。また、通常、永久磁石材料の保磁力を上げるためには、例えば、特殊な元素を添加することが行われる。ところが、この場合、永久磁石の残留磁束密度が低下してしまう。すなわち、希少な元素を添加して保磁力を上げたのに、残留磁束密度が低下してしまい、磁気エネルギー積も小さくなってしまう。

このため、永久磁石に対して局所的な減磁対策を施すことが好ましい。通常、インナーロータ型の埋込磁石型モータの場合、永久磁石のうちエアギャップに近接する部分、即ち、永久磁石の周方向端部が減磁し易い。

局所的な減磁対策として、特許文献１に開示のように、永久磁石の周方向端部に空隙を設けて、減磁界が発生したときに、減磁界による磁束が空隙を通り易くする技術がある。

また、特許文献２に開示のように、永久磁石の端部に保磁力の高い磁性材料を用いる技術がある。

特開２０００−５０５４３号公報 特開平１０−２７１７２２号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、減磁防止効果を大きくするためには、空隙を大きくする必要がある。ところが、空隙を大きくすると、永久磁石量が小さくなってしまう。このため、空隙はできるだけ小さくしたいという事情がある。

また、特許文献２に開示の技術では、減磁対策部分に別途永久磁石を組合わせる必要がある。

そこで、本発明は、エアギャップに近い部分で、永久磁石の局所的な減磁防止を図ることを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の態様に係るロータは、回転軸（１２）に略平行な中心軸を有する略円筒状のエアギャップを介してステータ（１４）と対向するロータ（２０，６２０）であって、略円筒状に形成されたロータコア（２２，６２２）と、前記ロータコアに、前記回転軸周りの周方向に沿う態様で埋設された複数の磁極部と、を備え、前記磁極部は、厚みが均一な略板状に形成され、磁極の端部付近であって、前記エアギャップに近い近接部分（３２，１３２，４３２，６３２）とその近接部分よりも磁極中心部に近く、前記エアギャップから遠い遠方部分（３４）とを有する態様で前記ロータコアに形成された磁石埋設凹部（２４，１２４，６２４）に埋設されると共に、前記遠方部分から前記近接部分に向けて磁化容易軸（Ａ）が厚み方向に対して傾斜する異方性を呈する永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）を有するものである。

第２の態様は、第１の態様に係るロータであって、前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）は、希土類焼結磁石であるものである。

第３の態様は、第１又は第２の態様に係るロータであって、前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石であるものである。

第４の態様は、第１〜第３のいずれかの態様に係るロータであって、前記永久磁石（１３０）は、前記回転軸に略直交する面が前記回転軸に沿った方向に略同一形状になる形状とされ、前記回転軸の方向（Ｐ１）に圧縮しつつ前記回転軸に対して略直交する方向（Ｐ２）に配向磁界を印加して形成されたものである。

第５の態様は、第１〜第４のいずれかの態様に係るロータであって、前記永久磁石は、磁化容易軸がラジアル配向された異方性を有するものである。

前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）は、磁化容易軸（Ａ）がラジアル配向された異方性を有するものである。

第６の態様は、第１〜第５のいずれかの態様に係るロータであって、前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）は、前記近接部分（３２，１３２，４３２，６３２）での磁化容易軸（Ａ）が前記ステータ側に向けて前記遠方部分（３４）側に傾斜するように配向された異方性を有するものである。

第７の態様は、第１〜第６のいずれかの態様に係るロータであって、前記近接部分（３２，１３２，６３２）は、その近接部分での磁化容易軸（Ａ）の配向方向に略平行な斜面（３３ａ，１３３ａ）を有するものである。

第８の態様は、第１〜第７のいずれかの態様に係るロータであって、前記永久磁石（３０，１３０，６３０）は、前記回転軸に略直交する面において略台形状に形成されているものである。

第９の態様は、第７又は第８の態様に係るロータであって、前記近接部分（１３２）は、その近接部分の斜面（１３３ａ）と前記永久磁石（１３０）の主面とに対して略直角又は略鈍角で交わる鋭角緩和面（１３３ｂ）を有するものである。

第１０の態様は、第９の態様に係るロータであって、前記磁石埋設凹部（１２４）に、前記近接部分の前記鋭角緩和面と前記永久磁石の主面との交わり部分に当接可能な突部（１２４ａ）が形成されたものである。

第１１の態様は、第９又は第１０の態様に係るロータであって、前記永久磁石の両主面の間での前記近接部分の斜面の長さ寸法（Ｌ３）は、前記永久磁石の厚み寸法（Ｌ４）以上であるものである。

第１２の態様は、第１〜第１１のいずれかの態様に係るロータであって、前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）の両主面は、前記磁石埋設凹部（２４，１２４，６２４）の内面に実質的に接しているものである。

第１３の態様は、第１〜第１２のいずれかの態様に係るロータであって、前記永久磁石（３０，１３０，６３０）のうち反エアギャップ向き面は、エアギャップ向き面よりも大きいものである。

第１４の態様は、第１３の態様に係るロータであって、前記磁石埋設凹部（１２４）のうち、前記永久磁石（１３０）の前記反エアギャップ向き面に対向する部分であって前記周方向の端に位置する部分には、前記回転軸側に突出する逆入防止突部（１２４ｂ）が形成される。

第１５の態様は、第１〜第１４のいずれかの態様に係るロータであって、前記ロータコアは、前記近接部分に隣設する空隙部（２８，２２８，２２８Ｂ，３２８）を有するものである。

第１６の態様は、第１５の態様に係るロータであって、前記空隙部（２８，２２８，２２８Ｂ，３２８）は、前記近接部分の端縁部と前記ロータコアとを、前記磁石埋設凹部の幅寸法（Ｌ２）以上の隙間（Ｌ１）を介して対向させる形状に形成されたものである。

第１７の態様は、第１５又は第１６の態様に係るロータであって、前記空隙部（２２８）が、前記磁極部の両磁極端に隣設して一対形成され、前記回転軸を基準とする前記磁極部の広がり角度（θ１）よりも、前記回転軸を基準とする前記一対の空隙部間に設けられるコア部分の広がり角度（θ２）の方が小さいものである。

第１８の態様に係る埋込磁石型モータは、第１〜第１７のいずれかの態様に係るロータ（２０，６２０）と、前記ロータに対して、略円筒状のエアギャップを介して対向するコイル（１７）と、を備えたものである。

この第１の態様に係るロータによると、永久磁石は、前記遠方部分から前記近接部分に向けて磁化容易軸が厚み方向に対して傾斜する異方性を呈するため、永久磁石のうち局所減磁し易い部分、つまり、エアギャップに近い近接部分部分で、永久磁石の実質的厚みを増すことができ、エアギャップに近い部分で、永久磁石の局所的な減磁防止を図ることができる。

第２の態様によると、永久磁石は希土類焼結磁石であるため、磁気エネルギー積を大きくすることができる。

第３の態様によると、前記永久磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石であるため、特に、磁気エネルギー積を大きくすることができる。

第４の態様によると、前記永久磁石は、前記回転軸に略直交する面が前記回転軸に沿った方向に略同一形状になる形状とされ、前記回転軸の方向に圧縮しつつ前記回転軸に対して略直交する方向に配向磁界を印加して形成されたものであるため、高密度とすることができ、強度向上及び磁束密度等の磁気特性向上を図ることができる。

第５の態様によると、磁化容易軸がラジアル配向された異方性を有する永久磁石を容易に製造することができる。

第６の態様によると、永久磁石は、前記近接部分での磁化容易軸が前記ステータ側に向けて前記遠方部分に傾斜するように配向された異方性を有するため、ステータ側で磁束を磁極中心に集中させることができ、高トルクを実現できる。

第７の態様では、近接部分の面で、磁極を呈し難いようにして、不必要部位での磁気的短絡を防止できる。

第８の態様によると、近接部分の面が傾斜するため、磁極を呈し難いようにして、不必要部位での磁気的短絡を防止できる。

第９の態様によると、近接部分で、鋭角を緩和することができ、永久磁石を容易に製造できると共に、欠けを防止できる。

第１０の態様によると、前記磁石埋設凹部に、前記近接部分の前記鋭角緩和面と前記永久磁石の主面との交わり部分に当接可能な突部が形成されているため、磁石埋設凹部内で永久磁石の移動を抑制することができる。

第１１の態様によると、前記永久磁石の両主面との間での前記近接部分の斜面の長さ寸法は、前記永久磁石の厚み寸法以上であるため、有効に減磁防止を図ることができる。

第１２の態様によると、永久磁石とロータコアとの間で磁気抵抗を小さくすることができる。

第１３の態様によると、前記永久磁石のうち反エアギャップ向き面は、エアギャップ向き面よりも大きいため、永久磁石間でロータコアを通る磁路を短くすることができる。

また、第１４の態様によると、エアギャップ向き面と反エアギャップ向き面とを間違えて永久磁石を挿入することを防止できる。

第１５の態様によると、ロータコアは、前記近接部分に隣設する空隙部を有するため、減磁界が発生したとき、減磁界による磁束が空隙部を通り易くなるため、この点からも減磁防止を図ることができる。

第１６の態様によると、前記近接部分の端縁部と前記ロータコアとは、前記磁石埋設凹部の幅寸法以上の隙間を介して対向するため、近接部分の端縁部とロータコアとの間での磁気抵抗をなるべく大きくすることができる。

第１７の態様によると、前記回転軸を基準とする前記磁極部の広がり角度よりも、前記回転軸を基準とする前記一対の空隙部間に設けられるコア部分の広がり角度の方が小さいため、磁極中心により磁束を集めることができる。

第１８の態様によると、エアギャップに近い部分で、永久磁石の局所的な減磁防止を図った埋込磁石型モータを得ることができる。

以下、実施形態に係るロータ及び埋込磁石型モータについて説明する。図１は実施形態に係る埋込磁石型モータ１０を示す断面図であり、図２はロータ２０を示す断面図であり、図３は図２の永久磁石３０の端部近傍を示す部分拡大図である。図１〜図３は回転軸１２に垂直な断面を示している。また、図１〜図３及び以下の図面において、ロータ２０に連結されて外部へと回転力を伝達するためのシャフトについては図示を省略している。

この埋込磁石型モータ１０は、ロータ２０とステータ１４とを備えている。ロータ２０は、略円柱状の外観形状に形成され、その中心軸に沿って図示省略のシャフトが連結固定されている。このロータ２０の中心軸が本モータ１０の回転軸１２となる。ステータ１４は、ヨーク部１５と複数（ここでは６つ）のティース部１６とを備えている。ヨーク部１５は、ロータ２０の外周径よりも大きな内周径を有する略筒状に形成されている。複数のティース部１６は、ヨーク部１５の内周部にその周方向（以下、周方向という場合は、回転軸１２を中心とする円の周方向をいう）に沿って略均等間隔に分散する態様で突設されている。各ティース部１６は、ヨーク部１５の内周部から回転軸１２を中心とする円の径方向に沿って回転軸１２側に延在して、ロータ２０とギャップを介して対向している。この各ティース部１６は、外周側でヨーク部１５を介して磁気的に連結されている。上記各ティース部１６には、電機子巻線としてコイル１７が巻回されており（図１では一つのみ図示）、当該コイル１７はロータ２０に対してその外周囲のギャップを介して対向している。このコイル１７に、ロータ２０を回転させる回転磁界を発生させるための３相交流が流される。コイル１７の巻線方式は特に限定されず、複数のティース部１６に対して集中巻された形態であっても、分布巻された形態であってもよい。

これらのロータ２０及びステータ１４は、回転軸１２に略平行な中心軸を有する略円筒状のエアギャップを介して対向した態様で、図示省略のケーシング等に組込まれて回転電機として使用される。

ロータ２０についてより詳細に説明する。

ロータ２０は、ロータコア２２と複数（ここでは４つ）の永久磁石３０とを備えている。

ロータコア２２は、磁性材料により略円筒状に形成されており、その中心軸（回転軸１２）に沿って図示省略のシャフトを固定するためのシャフト挿入孔２３が形成されている。また、ロータコア２２には、回転軸１２周りの周方向に沿って磁石埋設凹部２４が複数（ここでは４つ）形成されている。磁石埋設凹部２４は、回転軸１２を中心とする円の径方向に対して略直交する方向に扁平な略直方体空間状に形成されている。磁石埋設凹部２４は永久磁石３０を埋設可能な形状であれば、貫通する孔形状であっても有底凹状であってもよい。また、磁石埋設凹部２４のうち前記周方向両端部から前記径方向に沿って外周側に向けて延びる空隙部２８が形成されている。この空隙部２８は、永久磁石３０の近接部分３２（後述する）に隣設する位置に形成されている。そして、減磁界が発生したときに、当該減磁界による磁束が永久磁石３０を避けて空隙部２８を通り易くする役割を有しており、この空隙部２８によっても減磁防止が図られる。この空隙部２８のより好ましい形状については、永久磁石３０との関係で後にも説明する。

複数の永久磁石３０は、それぞれ上記各磁石埋設凹部２４に埋設状に配設されている。ここでは、一つ一つの永久磁石が磁極部を構成しており、これにより、ロータコア２２に、複数の磁極部が回転軸１２周りの周方向に沿う態様で埋設されていることになる。永久磁石３０は、２つの主面を有する略板状（ここでは厚みが略均一な略方形板状）に形成されており、上記磁石埋設凹部２４内に、回転軸１２を中心とする円の径方向に対して略直交する方向に延在した姿勢で配設される。ここでは、永久磁石１３０のうち外向面がロータコア２２に対して磁極を呈する磁極面（エアギャップ向き面ともいえる）であり、内向面がそれとは反対の反磁極面（反エアギャップ向き面ともいえる）である。また、永久磁石３０を、ステータ１４に対して磁極を呈する部分として捉えると、永久磁石３０の周方向両端部が磁極端であり、周方向略中央部が磁極中心である。

上記のような永久磁石３０の姿勢では、永久磁石３０の前記周方向両端部が磁極の端部付近であって、エアギャップに近い近接部分３２とされ、永久磁石１３０のうち周方向中間部が近接部分３２よりも磁極中心部に近く、エアギャップから遠い遠方部分３４とされる。もっとも、磁極が複数の永久磁石の組合わせによって構成されていてもよく、この場合には、遠方部分３４は磁極の周方向中央部に位置していない場合もある。つまり、エアギャップに近い近接部分３２とエアギャップから遠い遠方部分３４とは、永久磁石とエアギャップとの位置関係を基準として相対的に把握される部分である。ただし、複数の永久磁石の組み合わせにて１の磁極を形成する場合、１の磁石群として把握すれば、近接部分が、磁極端部に一致することとなる。

また、永久磁石３０の厚み寸法と、永久磁石３０の厚み方向における磁石埋設凹部２４の寸法とは実質的に同じに形成され、永久磁石３０の両主面は磁石埋設凹部２４の内面に実質的に接している。ここで、永久磁石３０の両主面が磁石埋設凹部２４の内面に実質的に接している場合には、永久磁石３０を磁石埋設凹部２４に挿入する際に必要となる程度の微小な隙間が永久磁石３０と磁石埋設凹部２４との間に生じている場合をも含む。このようにすることで、永久磁石３０とロータコア２２との間で磁気抵抗を小さくすることができる。

また、この永久磁石３０は、遠方部分３４から近接部分３２に向けて、磁化容易軸（矢符Ａ参照）が厚み方向に対して傾斜する異方性を呈している。

ここでは、永久磁石３０は、近接部分３２での磁化容易軸がステータ１４側（ここでは外周側）に向けて遠方部分３４側に傾斜するように配向された異方性を呈する。また、永久磁石３０の周方向中央部にある遠方部分３４は、磁極中心であり、厚み方向に略平行に配向された異方性を有する。これにより、永久磁石３０全体で見ると、ステータ１４側で、磁束が遠方部分３４である磁極中心に集中するようになっている。これにより、モータ１０特性として高トルクを実現できる。

また、ここでは、永久磁石３０の厚み方向に対する磁化容易軸の傾斜角度が、遠方部分３４から近接部分３２に向けて順次大きくなっており、永久磁石３０は、磁化容易軸がラジアル配向された異方性を呈する。具体的には、永久磁石３０は、永久磁石３０に対してステータ１４側（ここではエアギャップ側）の点Ｂ（以下の各図においてもラジアル配向の中心を点Ｂで示している）を中心としたラジアル配向を呈するようになっている。より具体的には、永久磁石３０は、回転軸１２と永久磁石３０の磁極中心（ここでは周方向中央部）とを結ぶ線上でかつ永久磁石３０よりエアギャップ側に中心を持つようにラジアル配向された異方性を有している。このようにラジアル配向された永久磁石３０については、成形時に実現容易な磁場配向で形成することができるため、容易に製造することができるというメリットがある。

なお、製造容易という観点からは、永久磁石３０をラジアル配向する際の中心は、永久磁石３０に対してエアギャップとは反対側（ここでは内周側）にあってもよい。

また、永久磁石３０の近接部分３２は、その近接部分３２での磁化容易軸の配向方向に略平行な斜面３３ａを有している。ここでは、近接部分３２での磁化容易軸は、エアギャップ側に向けて遠方部分３４側に傾斜しているため、斜面３３ａは、エアギャップ側に向けて遠方部分３４側、即ち、永久磁石３０の前記周方向略中央側に傾斜している。なお、ここでは、斜面３３ａの延長上には、上記ラジアル配向された磁化容易軸の中心がある。そして、永久磁石３０全体で見ると、回転軸１２に略直交する面において、長辺が外周側で短辺が内周側である略台形状（ここでは略等脚台形状）を呈している。これにより、近接部分３２の端面では、磁極を呈さず、或は、磁極を呈したとしても極僅かな磁極にすぎないようになっている。これにより、近接部分３２での磁気的短絡を防止でき、モータ１０の回転に寄与しない不必要部位での磁気的短絡を防止して、高トルク化を図ることができる。

また、永久磁石３０の端部にある斜面３３ａの向き及び台形状の向きからして、上記永久磁石３０のうちエアギャップとは反対側を向く反エアギャップ向き面（ここでは内向き面）は、永久磁石３０のエアギャップ向き面（ここでは外向き面）よりも大きく形成されている。このため、周方向において隣設する永久磁石３０間で、それぞれの反エアギャップ向き面間の距離は短い。従って、周方向において隣設する永久磁石３０間で、ロータコア２２を通る磁束を短くすることができる。これは、ロータコア２２に比較的太径のシャフトを挿通する必要上シャフト挿入孔２３が大径となる場合、又は、ロータコア２２にボルト孔又は風穴を設ける場合であっても、それらが磁路を妨げることを抑制できるという点でメリットが大である。

なお、上記永久磁石３０の両主面の大小関係を実現するためには、永久磁石３０は回転軸１２と略直交する面において必ずしも台形状をなしている必要はない。

ここで、近接部分３２との関係で空隙部２８の構成について説明する。空隙部２８は、近接部分３２のうち前記周方向の端縁部とロータコア２２とを、磁石埋設凹部２４の幅寸法以上の隙間を介して対向させる形状に形成されている（図３参照）。より具体的には、空隙部２８は、磁石埋設凹部２４の端部から屈曲してロータコア２２の外周側に向けて延在している。磁石埋設凹部２４と空隙部２８との間の屈曲部分にある入隅状の外側角部２５ａは永久磁石３０の反エアギャップ向き面の周方向端縁部と略一致しており、磁石埋設凹部２４と空隙部２８との間の屈曲部分にある出隅状の内側角部２５ｂは外側角部２５ａよりも永久磁石３０の周方向中央部よりの位置にある。換言すれば、永久磁石３０の反エアギャップ向き面の周方向端縁部に対して、当該永久磁石３０の反エアギャップ向き面に対して略直交する方向に対向する部分に、空隙部２８の一部が存在する態様にて空隙部２８が形成されている。これにより、近接部分３２のうち反エアギャップ向き面の周方向端縁部とこれに隙間を介して対向するロータコア２２部分とを結ぶ距離Ｌ１が、磁石埋設凹部２４のうち永久磁石３０の厚み方向の幅寸法Ｌ２以上になるように形成されている。これにより、近接部分３２のうち周方向の端縁部の斜面３３ａとこれに隙間を介して対向するロータコア２２部分との間で磁気抵抗をなるべく大きくすることができる。なお、ここでは、前記幅寸法Ｌ２は、永久磁石３０の厚み寸法と略同じである。

このように構成されたロータ２０及び埋込磁石型モータ１０によると、永久磁石３０は、遠方部分３４から近接部分３２に向けて、磁化容易軸が厚みに対して傾斜する異方性を有するため、磁石特性という観点からは、近接部分３２での実質的厚みは、当該傾斜した磁化容易軸の方向に沿った寸法であると評価できる。このため、永久磁石３０のうちエアギャップに近く、局所減磁し易い近接部分３２で永久磁石３０の実質的厚みを増すことができ、永久磁石３０の局所的な減磁防止を図ることができる。

また、上記のように減磁対策を図ることができる結果、保磁力を大きくするための稀少元素の使用量を減らし、残留磁束密度向上の低下を抑制することができるので、省資源化及び高効率化にも貢献できる。

特に、各ティース部１６にコイル１７を巻回した集中巻タイプのモータ１０にあっては、コイル１７による磁束は、最短で隣設するティース部１６に流れる。従って、ロータ２０の表面付近にある永久磁石３０の近接部分３２に減磁界がより強く作用する。このため、集中巻タイプのモータ１０に本形態を適用すると効果が大きい。また、ロータの回転位置検出部を有さないセンサレスモータ、及び、ブラシレスモータにおいては、ロータの位置を正確に把握して電流を流すことが困難故、永久磁石に対する減磁界が作用し易いので、そのようなモータに適用すると効果が大きいともいえる。

なお、上記効果は、従来例のように、永久磁石の材料自体の工夫、空隙の大型化、或は、複数の永久磁石の組合わせに頼らず、減磁対策を図ることができるという点でメリットが大であるが、必ずしもそれらの構成との組合わせを排除するのもではない。

上記実施形態を前提にして、より好ましい形態及び各種変形例について説明する。なお、下記の説明において説明済の構成部分と同様構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。

上記実施形態において、永久磁石は、近接部分での磁化容易軸が反エアギャップ側（ここでは内周側）に向けて遠方部分に傾斜するように配向された異方性を有する態様であってもよい。この場合、近接部分で磁化容易軸に対して略平行な減磁界成分は減少するため、減磁防止という観点からはより有効である。

図４は変形例に係る永久磁石１３０の端部を示す部分拡大図である。

この変形例では、永久磁石１３０の近接部分１３２は、周方向端部側の斜面１３３ａと永久磁石１３０の反エアギャップ向き面に対して略直角に交わる鋭角緩和面１３３ｂを有している。この鋭角緩和面１３３ｂは、上記実施形態における永久磁石３０の反エアギャップ向き面と斜面３３ａとで構成される鋭角部分を略直角な角度に緩和しているといえる。

これにより、永久磁石１３０を成形する際に、近接部分３２にも磁性粉等の充填を容易に行うことができ、高密度化を図ることができるので、永久磁石１３０を容易に製造できると共に、欠けを有効に防止できる。

なお、この変形例の場合において、永久磁石１３０の両主面との間での斜面１３３ａの長さ寸法Ｌ３は、永久磁石１３０の厚み寸法Ｌ４以上とすることが好ましい。これにより、斜面１３３ａに沿った部分で永久磁石１３０の実質的長さ寸法を、永久磁石１３０の厚み寸法Ｌ４にできるため、有効に減磁防止を図ることができる。

また、この変形例では、磁石埋設凹部１２４に、上記鋭角緩和面１３３ｂと永久磁石１３０の反エアギャップ向き面との交わり部分に当接可能な突部１２４ａを形成している。これにより、永久磁石１３０を磁石埋設凹部１２４内に収容配置した状態で、突部１２４ａが永久磁石１３０の周方向端部に当接し、磁石埋設凹部１２４内での永久磁石１３０の移動が抑制されるようになっている。

この場合、上記実施形態における寸法Ｌ１を、近接部分１３２と突部１２４ａとの接触部分を基点としてこれに隙間を介して対向するロータコア２２部分とを結ぶ距離と考えて、これが上記幅寸法Ｌ２以上になるように設定されることが好ましい。

なお、本変形例において、永久磁石１３０の反エアギャップ向き面と鋭角緩和面１３３ｂとが成す角は鈍角であってもよい。

図５は図４に示す変形例のさらなる変形例を示す図である。

この変形例では、磁石埋設凹部１２４のうち永久磁石１３０の短辺側部分に対向する部分であって当該短辺側部分の周方向端部、即ち、斜面１３３ａと永久磁石１３０のエアギャップ向き面との交わり部分にも、当接可能な逆入防止突部１２４ｂが形成されている。この変形例では、永久磁石１３０のエアギャップ向き面と反エアギャップ向き面とを間違えて当該永久磁石１３０を磁石埋設凹部１２４内に挿入しようとすると、永久磁石１３０の長辺側の部分が逆入防止突部１２４ｂに当接するので、その挿入が妨げられる。このため、永久磁石１３０の逆入れ防止が可能となる。

なお、図４及び図５に示す変形例において、永久磁石１３０のうち短辺側部分を内向きにし、長辺側部分を外向きにした場合には、上記の説明において永久磁石１３０の内向面と外向面とを逆にして同様の構成が適用され得る。

また、上記のような永久磁石３０，１３０としては、希土類焼結磁石を用いることが好ましく、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を用いることがより好ましい。これにより、永久磁石３０，１３０の磁気エネルギー積を大きくすることができ、また、小型化も可能になるからである。

また、希土類焼結磁石を用いる場合、希土類焼結磁石は高い圧力で成形、焼結するため、永久磁石３０，１３０形状としては単純な平板状の形状とすることが好ましい。本永久磁石３０，１３０はかかる要請にも応えうる形状である。

図６は永久磁石１３０を製造する場合において、圧縮方向及び配向磁界の印加方向との関係を示す図である。

上記永久磁石１３０は、回転軸１２に略直交する面においては、回転軸１２に沿った方向に略同一形状を有している。このため、永久磁石１３０を製造する際、回転軸１２の方向に圧縮しつつ（矢符Ｐ１参照）回転軸１２に対して略直交する方向（略厚み方向、矢符Ｐ２参照）に配向磁界を印加することができる。上記は、圧縮方向と配向磁界とが略直交する直角磁界成形の適用であり、高密度化による強度向上、さらには、保磁力や磁束密度等の磁気特性向上に貢献する。

図７は空隙部２２８に関する変形例を示す部分拡大図である。

この変形例では、永久磁石３０の両近接部分３２に隣設して一対の空隙部２２８が形成されている。一対の空隙部２２８は、エアギャップ側に向けて順次周方向において幅広に形成されており、ロータコア２２のうち一対の空隙部２２８と永久磁石３０とエアギャップとで囲まれる部分が、周方向において、永久磁石３０の磁極面の幅と略同じに形成されている。つまり、回転軸１２を基準とする広がり角度でみれば、永久磁石３０（磁極部）の磁極面部分の広がり角度θ１よりも、一対の空隙部２２８間のコア部分の広がり角度θ２の方が小さくなっている。

これにより、磁束を磁極中心により集めることができ、トルク向上を図ることができる。また、このような形態では、空隙部２２８幅が大きくなるため、減磁界による磁束がより永久磁石３０の近接部分３２を通り易く、減磁され易い。そこで、かかる形態に対して、本構成を適用することがより効果的である。

図８は空隙部３２８に関する他の変形例を示す部分拡大図である。

この変形例では、空隙部３２８は、エアギャップ側に向けて周方向における空隙幅が小さくなる形状に形成されている。これにより、空隙部３２８のうち空隙幅が小さくなったエアギャップ側の部分で減磁界を逃すことができ、より減磁防止を図ることができる。

図９は図７に示す空隙部２２８Ｂに関する他の変形例を示す部分拡大図である。

この変形例では、図７に示す変形例において、空隙部２２８に対応する空隙部２２８Ｂに、その空隙部２２８Ｂを横切るように薄肉部２２８Ｂａを設けている。この薄肉部２２８Ｂａは、ロータコア２２の強度向上を図る役割を有している。かかる形態であっても構わない。

図１０は永久磁石４３０に関する変形例を示す部分拡大図である。

この変形例では、永久磁石４３０は、回転軸１２に略直交する面において、略長方形状を有しており、上記斜面３３ａを有していない。この場合であっても、永久磁石４３０の近接部分４３２のうち上記斜面３３ａ相当部分より余分に付加された部分を除いては、永久磁石の実質的厚みは増していると評価できる。また、永久磁石４３０の近接部分４３２のうち上記斜面３３ａ相当部分より余分に付加された部分については、その磁化容易軸方向に沿った減磁界成分は、その磁化容易軸の傾斜分だけ小さくなると考えられるため、やはり減磁耐力向上が図られる。

上記実施形態及び変形例では、ステータ１４の内周側にロータ２０が存在するインナーロータの形態で説明したが、ステータの外周囲にロータが存在するアウターロータの形態であってもよい。

図１１はアウターロータに適用した変形例を示す断面図である。図１１に示すロータ６２０では、ロータコア６２２に複数の磁極部６３１が設けられている。各磁極部６３１は、２つの永久磁石６３０が、回転軸１２に略直交する面において略Ｖ字状を成す態様で磁石埋設凹部６２４内に埋設された構成とされている。つまり、磁極部６３１一つ当りの永久磁石６３０の数が２つの場合である。このように磁極部６３１が複数の永久磁石６３０で構成されている場合には、磁極端側に位置する永久磁石６３０のうちエアギャップに近い片側端部である近接部分６３２について、磁化容易軸が厚み方向に対して傾斜する異方性を呈するものであればよい。

なお、上記実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組合わせることができる。

実施形態に係る埋込磁石型モータを示す断面図である。 同上の埋込磁石型モータにおけるロータを示す断面図である。 永久磁石の端部を示す部分拡大図である。 変形例に係る永久磁石の端部を示す部分拡大図である。 図４に示す変形例のさらなる変形例を示す部分拡大図である。 永久磁石に対する圧縮方向と配向磁界の印加方向との関係を示す図である。 変形例に係る空隙部を示す部分拡大図である。 変形例に係る空隙部を示す部分拡大図である。 変形例に係る空隙部を示す部分拡大図である。 変形例に係る永久磁石を示す部分拡大図である。 アウターロータに適用した変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 埋込磁石型モータ
１２ 回転軸
１４ ステータ
１７ コイル
２０，６２０ ロータ
２２，６２２ ロータコア
２４，１２４，６２４ 磁石埋設凹部
２８，２２８，２２８Ｂ，３２８ 空隙部
３０，１３０，４３０，６３０ 永久磁石
３２，１３２，４３２，６３２ 近接部分
３３ａ，１３３ａ 斜面
３４ 遠方部分
１２４ａ 突部
１３３ｂ 鋭角緩和面
Ａ 磁化容易軸

Claims (18)

1. 回転軸（１２）に略平行な中心軸を有する略円筒状のエアギャップを介してステータ（１４）と対向するロータ（２０，６２０）であって、
   略円筒状に形成されたロータコア（２２，６２２）と、
   前記ロータコアに、前記回転軸周りの周方向に沿う態様で埋設された複数の磁極部と、
   を備え、
   前記磁極部は、厚みが均一な略板状に形成され、磁極の端部付近であって、前記エアギャップに近い近接部分（３２，１３２，４３２，６３２）とその近接部分よりも磁極中心部に近く、前記エアギャップから遠い遠方部分（３４）とを有する態様で前記ロータコアに形成された磁石埋設凹部（２４，１２４，６２４）に埋設されると共に、前記遠方部分から前記近接部分に向けて磁化容易軸（Ａ）が厚み方向に対して傾斜する異方性を呈する永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）を有する、ロータ。
2. 請求項１記載のロータであって、
   前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）は、希土類焼結磁石である、ロータ。
3. 請求項１又は請求項２記載のロータであって、
   前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石である、ロータ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のロータであって、
   前記永久磁石（１３０）は、前記回転軸に略直交する面が前記回転軸に沿った方向に略同一形状になる形状とされ、前記回転軸の方向（Ｐ１）に圧縮しつつ前記回転軸に対して略直交する方向（Ｐ２）に配向磁界を印加して形成されたものである、ロータ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のロータであって、
   前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）は、磁化容易軸（Ａ）がラジアル配向された異方性を有する、ロータ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のロータであって、
   前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）は、前記近接部分（３２，１３２，４３２，６３２）での磁化容易軸（Ａ）が前記ステータ側に向けて前記遠方部分（３４）側に傾斜するように配向された異方性を有する、ロータ。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のロータであって、
   前記近接部分（３２，１３２，６３２）は、その近接部分での磁化容易軸（Ａ）の配向方向に略平行な斜面（３３ａ，１３３ａ）を有する、ロータ。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載のロータであって、
   前記永久磁石（３０，１３０，６３０）は、前記回転軸に略直交する面において略台形状に形成されている、ロータ。
9. 請求項７又は請求項８記載のロータであって、
   前記近接部分（１３２）は、その近接部分の斜面（１３３ａ）と前記永久磁石（１３０）の主面とに対して略直角又は略鈍角で交わる鋭角緩和面（１３３ｂ）を有する、ロータ。
10. 請求項９記載のロータであって、
    前記磁石埋設凹部（１２４）に、前記近接部分の前記鋭角緩和面と前記永久磁石の主面との交わり部分に当接可能な突部（１２４ａ）が形成された、ロータ。
11. 請求項９又は請求項１０記載のロータであって、
    前記永久磁石の両主面の間での前記近接部分の斜面の長さ寸法（Ｌ３）は、前記永久磁石の厚み寸法（Ｌ４）以上である、ロータ。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のロータであって、
    前記永久磁石（３０，１３０，４３０，６３０）の両主面は、前記磁石埋設凹部（２４，１２４，６２４）の内面に実質的に接している、ロータ。
13. 請求項１〜請求項１２のいずれかに記載のロータであって、
    前記永久磁石（３０，１３０，６３０）のうち反エアギャップ向き面は、エアギャップ向き面よりも大きい、ロータ。
14. 前記磁石埋設凹部（１２４）のうち、前記永久磁石（１３０）の前記反エアギャップ向き面に対向する部分であって前記周方向の端に位置する部分には、前記回転軸側に突出する逆入防止突部（１２４ｂ）が形成される、請求項１３記載のロータ。
15. 請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のロータであって、
    前記ロータコアは、前記近接部分に隣設する空隙部（２８，２２８，２２８Ｂ，３２８）を有する、ロータ。
16. 請求項１５記載のロータであって、
    前記空隙部（２８，２２８，２２８Ｂ，３２８）は、前記近接部分の端縁部と前記ロータコアとを、前記磁石埋設凹部の幅寸法（Ｌ２）以上の隙間（Ｌ１）を介して対向させる形状に形成された、ロータ。
17. 請求項１５又は請求項１６記載のロータであって、
    前記空隙部（２２８）が、前記磁極部の両磁極端に隣設して一対形成され、
    前記回転軸を基準とする前記磁極部の広がり角度（θ１）よりも、前記回転軸を基準とする前記一対の空隙部間に設けられるコア部分の広がり角度（θ２）の方が小さい、ロータ。
18. 請求項１〜請求項１７のいずれかに記載のロータ（２０，６２０）と、
    前記ロータに対して、略円筒状のエアギャップを介して対向するコイル（１７）と、
    を備えた埋込磁石型モータ。

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