JP6417665B2

JP6417665B2 - 磁石埋込型ロータ、磁石埋込型ロータの製造方法、及び配向着磁装置

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Publication number: JP6417665B2
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Description

本発明は、磁石埋込型ロータ、磁石埋込型ロータの製造方法、及び配向着磁装置に関する。

ロータの内部に界磁用の永久磁石を埋め込んだ構造からなるＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）が知られている。このＩＰＭモータに用いられる磁石埋込型ロータの製造方法としては、例えば特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１では、円筒状のロータコアに形成された磁石挿入孔に着磁前の磁石素材を埋め込んだ後、ロータコアの外周を覆うように着磁装置を配置する。そして着磁装置によりロータコアの外周面からその内部に磁束を供給することにより、ロータコアに埋め込まれた磁石素材を着磁して永久磁石とする。

特開２０１０−１９３５８７号公報

ところで、特許文献１のようにロータコアの外周面から着磁装置により磁束を供給する場合、ロータコアに埋め込まれた着磁前の磁石素材に供給可能な磁束量は、ロータコアの外周面の表面積、及び着磁装置から供給可能な単位面積当たりの磁束量により決定される。ここで着磁装置から供給可能な単位面積当たりの磁束量には限界がある。そのため、磁石素材の着磁面の面積に対して着磁装置から磁束の供給を受けるロータコアの外周面の面積が小さい場合、その部位の電磁鋼板の磁化が飽和して磁石素材に十分な磁束を供給することが困難となり、永久磁石の着磁率が低下する。永久磁石の着磁率が低下すると、永久磁石から十分な磁束が発生せず、ロータの外周面での磁束密度が低下する。これはステータコイルに鎖交する有効磁束量の減少を招き、モータの出力トルクを低下させる要因となる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、永久磁石の着磁率を向上させることのできる磁石埋込型ロータ、磁石埋込型ロータの製造方法、及び配向着磁装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、回転軸と一体となって回転する円筒状のロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれた永久磁石と、を備える磁石埋込型ロータにおいて、前記回転軸が挿入される筒状部と、前記筒状部の外周からその径方向に突出するように形成され前記筒状部の周方向に隙間を隔てて配置された複数の突出部と、が設けられたコア部材を複数備え、前記ロータコアを、前記複数のコア部材の筒状部が同一直線上に配置されるとともに、前記コア部材の突出部と他のコア部材の突出部とが前記ロータコアの周方向において隣接するように前記複数のコア部材を組み付けて構成し、前記永久磁石を、前記複数のコア部材のそれぞれの突出部に埋め込むこととした。

また上記磁石埋込型ロータの製造方法について、前記コア部材の突出部に埋め込まれた着磁前の磁石素材を着磁して前記永久磁石とする着磁工程と、前記着磁工程を経た複数のコア部材を前記ロータコアの軸方向に組み付ける工程と、を備えることとした。

上記構成及び製造方法によれば、コア部材の突出部間に形成された隙間に配向着磁装置を配置することができる。これによりロータコアの外周面を構成する突出部の側面だけでなく、ロータコア周方向における突出部の側面に対しても配向着磁装置を対向配置することができる。したがって、従来のように磁束の流入及び流出をロータコアの外周面のみを介して行う場合と比較すると、磁束が流入及び流出する部分の表面積が増加するため、永久磁石に供給される磁束量が増加する。これにより突出部に埋め込まれた永久磁石の着磁率を向上させることができるため、結果的にロータ全体の永久磁石の着磁率を向上させることができる。

上記磁石埋込型ロータについて、前記突出部には、前記ロータコアの外周部分に一磁極を形成する永久磁石が埋め込まれていることが有効である。
この構成によれば、ロータの磁極を容易に形成することができる。

また上記磁石埋込型ロータについて、前記コア部材の突出部に埋め込まれた永久磁石は、前記ロータコアの周方向に隣接する他のコア部材の突出部に埋め込まれた永久磁石と同磁極で対向するように配置され、前記同磁極で対向する一組の永久磁石により前記ロータコアの外周部分に一磁極が形成されることが有効である。

この構成によれば、同磁極で対向する一組の永久磁石の間に、各コア部材の突出部の境界部分が位置することになる。ここで、同磁極で対向する一組の永久磁石間では、それぞれの永久磁石により形成される磁界が互いに反発するため、それらの間では磁束のやり取りが生じない。したがって隣接する各コア部材の突出部の境界部分を通過する磁束を少なくすることができる。そのため、一組の永久磁石が形成する磁路に対して突出部の境界部分が磁気抵抗として作用し難くなるため、ロータコアの外周面での磁束密度の低下を抑制することができる。その結果、モータの出力トルクを確保することができる。

ところで、ロータコアが２つのコア部材からなる場合、それらを組み付けるだけでロータコアが完成するため、ロータコアの製造が容易である。ただし、ロータの磁極数が多くなるほど、磁極を形成するための永久磁石の数が増加する。そのため、必然的に一つのコア部材に形成される突出部の数が増加する。一つのコア部材に形成される突出部の数が増加すると、突出部間の間隔が狭くなるため、突出部間に配向着磁装置を配置することが難しくなる。

そこで上記磁石埋込型ロータについて、前記ロータコアは、前記コア部材が３つ以上組み付けられて構成されることが有効である。
この構成によれば、ロータコアが２つのコア部材からなる場合と比較すると、一つのコア部材に形成される突出部の数が少なくなるため、突出部間の間隔を広げることができる。そのため突出部間の隙間に配向着磁装置を配置し易くなる。

また上記磁石埋込型ロータについて、前記複数のコア部材は、前記永久磁石の磁極配置を除き、同一形状からなることが有効である。
この構成によれば、各コア部材の製造の際、着磁工程以外は同一の製造工程を採用することができる。そのためコア部材の製造工数を低減することができるため、ロータの製造コストを低減することができる。

上記のようなコア部材に埋め込まれた着磁前の磁石素材の配向及び着磁の少なくとも一方を行う配向着磁装置としては、具体的には、前記突出部の側面のうち、前記ロータコアの外周部分を構成する側面を外周側面とし、前記ロータコアの周方向において他の突出部と対向する側面を周方向側面とするとき、前記突出部の外周側面及び周方向側面に対向配置され、前記突出部に埋め込まれた着磁前の磁石素材を通る磁路を形成する磁路形成部を備えることが有効である。

そして、上記配向着磁装置について、前記磁路形成部は、前記突出部の外周側面及び周方向側面に対向配置される着磁ヨークと、前記着磁ヨークに隣接する磁束生成部とにより構成されることが有効である。

この構成によれば、磁束生成部により生成された磁束が着磁ヨークで集磁されて突出部に供給されるため、突出部の外周側面及び周方向側面に磁束生成部を直接対向させる場合と比較すると、突出部に供給される磁束量を増加させることができる。そのため、突出部に埋め込まれた永久磁石の配向率及び着磁率の少なくとも一方を高めることができる。

これらの磁石埋込型ロータ、磁石埋込型ロータの製造方法、及び配向着磁装置によれば、永久磁石の着磁率を向上させることができる。

磁石埋込型ロータの第１実施形態について同ロータを用いたＩＰＭモータの断面構造を示す断面図。第１実施形態の磁石埋込型ロータについてその分解斜視構造を示す斜視図。第１実施形態の磁石埋込型ロータについてそのコア部材の平面構造を示す平面図。第１実施形態の磁石埋込型ロータについてそのコア部材の正面構造を示す正面図。第１実施形態の磁石埋込型ロータについてそのコア部材の着磁方法を示す平面図。第１実施形態の磁石埋込型ロータの変形例についてその分解斜視構造を示す斜視図。第１実施形態の変形例の磁石埋込型ロータについてそのコア部材の着磁方法を示す平面図。磁石埋込型ロータの第２実施形態についてその分解斜視構造を示す斜視図。磁石埋込型ロータの第２実施形態についてその平面構造を示す平面図。第２実施形態の磁石埋込型ロータについてそのコア部材の着磁方法を示す平面図。第１実施形態の変形例の磁石埋込型ロータについてそのコア部材の着磁方法を示す平面図。磁石埋込型ロータの他の変形例についてその平面構造を示す平面図。磁石埋込型ロータの他の変形例についてその平面構造を示す平面図。磁石埋込型ロータの他の変形例についてその分解斜視構造を示す斜視図。

（第１実施形態）
以下、磁石埋込型ロータの第１実施形態について説明する。はじめに、本実施形態の磁石埋込型ロータを用いたＩＰＭモータの構造について説明する。

図１に示すように、このＩＰＭモータは、ハウジング１の内周面に固定されたステータ２、図示しない軸受けを介してハウジング１により軸線ｍを中心に回転可能に支持された回転軸としてのモータシャフト３、及びモータシャフト３の外周に一体的に取り付けられステータ２の内側に配置されるロータ４を備えている。

ステータ２は、軸線ｍを中心に円筒状に形成されている。ステータ２は、その軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層された構造からなる。ステータ２の内周面には、径方向内側に向かって延びる６個のティース２０が形成されている。各ティース２０にはステータコイル２１が巻回されている。

ロータ４は、軸線ｍを中心に円筒状に形成されたロータコア４０、及びロータコア４０の内部に埋め込まれた４つの永久磁石５０を備えている。
図２に示すように、ロータコア４０は、一対のコア部材４１，４２がロータコア４０の軸方向（軸線ｍに平行な方向）に組み付けられて構成されている。各コア部材４１，４２は、ロータコア軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層された構造からなる。

図３及び図４に示すように、第１コア部材４１には、軸線ｍを中心に筒状をなす筒状部４１ａ、及び筒状部４１ａの外周からその径方向に突出する一対の突出部４１ｂが形成されている。なお、以下では、筒状部４１ａの径方向（軸線ｍに直交する方向）を「筒状部径方向」、筒状部４１ａの軸方向（軸線ｍに平行な方向）を「筒状部軸方向」、筒状部４１ａの周方向（軸線ｍを中心とする周方向）を「筒状部周方向」とそれぞれ略記する。筒状部４１ａの内部にはモータシャフト３が挿入される。一対の突出部４１ｂは、筒状部４１ａを中心に対称配置されている。各突出部４１ｂの筒状部軸方向に直交する断面形状は、中心角が４５°の略扇形状をなしている。図４に示すように、筒状部４１ａ及び各突出部４１ｂは、筒状部軸方向における一方の端面がそれぞれ同一平面上に配置されており、各突出部４１ｂの筒状部軸方向の長さが筒状部４１ａの軸方向の長さＬの２倍に形成されている。したがって、各突出部４１ｂの一方の端面から筒状部軸方向の真ん中までの領域には、各突出部４１ｂに囲まれて筒状部４１ａが隣接配置されている。また、各筒状部４１ａの軸方向の真ん中から他方の端面までの領域には、各突出部４１ｂに囲まれた空間である挿入部４１ｄが形成されている。挿入部４１ｄは、他のコア部材の筒状部を挿入するための空間である。なお、以下では、図３に示すように、突出部４１ｂの側面のうち、ロータコア４０の外周面を構成する略扇形状の円弧部分を外周側面４１ｅとし、ロータコア周方向において他の突出部４１ｂと対向する両側面を周方向側面４１ｆとする。

図３に示すように、各突出部４１ｂには、筒状部軸方向に貫通する磁石挿入孔４１ｃが形成されている。磁石挿入孔４１ｃの筒状部軸方向に直交する断面形状は、外周側に向けて開くＵ字状をなしている。この磁石挿入孔４１ｃには、筒状部軸方向に直交する断面形状がＵ字状をなす永久磁石５０が挿入されている。永久磁石５０はボンド磁石からなり、Ｕ字の内側にＮ極を、Ｕ字の外側にＳ極を有している。この永久磁石５０により、各突出部４１ｂの外周側面４１ｅにＮ極が形成される。

図２に示すように、第２コア部材４２は、永久磁石５０の磁極配置が逆である点を除いて第１コア部材４１と同様の形状を有している。すなわち第２コア部材４２の永久磁石５０は、Ｕ字の内側にＳ極を、Ｕ字の外側にＮ極を有している。この永久磁石５０により、各突出部４２ｂの外周側面４２ｅにＳ極が形成される。なお図２では、第２コア部材４２の筒状部を符号４２ａで、磁石挿入孔を符号４２ｃで、挿入部を４２ｄで、各突出部４２ｂの周方向側面を符号４２ｆでそれぞれ示している。

一対のコア部材４１，４２は、一方の挿入部４１ｄ，４２ｄに他方の筒状部４１ａ，４２ａが挿入され、且つ、第１コア部材４１の突出部４１ｂが第２コア部材４２の突出部４２ｂとロータコア４０の周方向に隣接するかたちで組み付けられる。このとき、第１コア部材４１の筒状部４１ａと第２コア部材４２の筒状部４２ａとは、ロータコア４０の軸方向に隣接して同一直線上に配置される。このように組み付けられた一対のコア部材４１，４２によりロータ４が構成される。これによりロータ４は、その外周部分に沿ってＮ極及びＳ極を交互に有する４極構造をなしている。

このように構成されたＩＰＭモータでは、図１に示したステータコイル２１に交流電流が供給されると、回転磁界が形成される。この回転磁界と、永久磁石５０により形成される磁界とが作用することによりロータ４にトルクが付与され、モータシャフト３が回転する。

次に、ロータ４の製造方法についてその作用と共に説明する。
ロータ４の製造に際してはまず、電磁鋼板を積層することにより図３及び図４に示した第１コア部材４１を成形する。その後、成形した第１コア部材４１の磁石挿入孔４１ｃに着磁前の磁石素材を例えば射出成形等で埋め込んだ後、図５に示すような配向着磁装置６０を用いて磁石素材の配向及び着磁を行う。なお図５では、着磁前の磁石素材を符号５１で示している。

図５に示すように、配向着磁装置６０は、第１着磁ヨーク６１、第２着磁ヨーク６２、及び永久磁石６３からなる。第１着磁ヨーク６１は、突出部４１ｂの外周側面４１ｅに対向するように配置されている。第２着磁ヨーク６２は、第１コア部材４１を挿入する空間Ｇが環状の一部を分断するようにＣ字状に形成されている。第１着磁ヨーク６１及び永久磁石６３は、第２着磁ヨーク６２の内側に配置されている。第１着磁ヨーク６１において突出部４１ｂに対向する面と反対側の外面には、永久磁石６３のＳ極が隣接している。また永久磁石６３のＮ極は、第２着磁ヨーク６２の環状内周面に隣接している。空間Ｇを介して互いに対向する第２着磁ヨーク６２の両端部６２ａ，６２ｂは、第１コア部材４１の一対の突出部４１ｂ，４１ｂ間に形成された隙間に挿入され、突出部４１ｂの周方向側面４１ｆ，４１ｆにそれぞれ対向している。

この配向着磁装置６０では、図中に破線の矢印で示すように磁路が形成される。すなわち各磁石素材５１に対してＵ字の外側から内側に向かう磁路が形成される。これにより磁石素材５１の配向が行われ、磁石素材５１のＵ字の内側がＮ極に、Ｕ字の外側がＳ極に着磁される。この着磁工程を経て磁石素材５１が永久磁石５０となり、第１コア部材４１の成形が完了する。なお第２コア部材４２を成形する際には、図５に示した配向着磁装置６０に対して永久磁石６３の磁極配置が逆に設定された配向着磁装置を用いれば、同様に第２コア部材４２に埋め込まれた着磁前の磁石素材を着磁することができる。着磁工程の完了した第１コア部材４１及び第２コア部材４２を組み付けることでロータ４の製造が完了する。

以上に説明したロータ４、ロータ４の製造方法、及び配向着磁装置６０によれば、以下の（１）〜（３）に示す作用及び効果を得ることができる。
（１）図５に示すロータ４の製造方法によれば、第１コア部材４１の突出部４１ｂの外周側面４１ｅに隣接して第１着磁ヨーク６１を配置できるばかりでなく、突出部４１ｂの周方向側面４１ｆに隣接して第２着磁ヨーク６２を配置することができる。これにより、突出部４１ｂの周方向側面４１ｆから磁束を流入させるとともに、突出部４１ｂの外周側面４１ｅから磁束を流出させることができる。したがって、従来のように磁束の流入及び流出をロータコアの外周面のみを介して行う場合と比較すると、磁束が流入及び流出する部分の表面積が増加するため、着磁前の磁石素材５１に供給される磁束量を増やすことができる。これにより突出部４１ｂに埋め込まれた永久磁石５０の配向率及び着磁率が向上する。また同様の効果を第２コア部材４２でも得ることができる。結果的に、ロータ４全体の永久磁石５０の配向率及び着磁率が向上するため、ステータコイル２１に鎖交する有効磁束量が増加し、モータの出力トルクを向上させることができる。

（２）各コア部材４１，４２の突出部４１ｂ，４２ｂには、ロータコア４０の外周部分に一磁極を形成する永久磁石５０を埋め込むこととした。これによりロータコア４０の磁極を容易に形成することができる。

（３）一対のコア部材４１，４２は、永久磁石５０の磁極配置を除き、同一形状からなる。これにより各コア部材４１，４２の製造の際、着磁工程以外は同一の製造工程を採用することができる。そのため各コア部材４１，４２の製造工数を低減することができるため、ロータ４の製造コストを低減することができる。

（変形例）
次に、第１実施形態に係る磁石埋込型ロータ４の変形例について説明する。
図６に示すように、本変形例では、第１コア部材４１の筒状部４１ａの外周部分に、略扇形状をなす３つの突出部４１ｂが等角度間隔で形成されている。同様に、第２コア部材４２の筒状部４２ａの外周部分にも、略扇形状をなす３つの突出部４２ｂが等角度間隔で形成されている。そして、第１コア部材４１及び第２コア部材４２を互いに組み付けることにより、６極の磁極数を有するロータ４を形成することができる。このように各コア部材４１，４２の突出部４１ｂ，４２ｂの個数を適宜変更すれば、ロータ４の磁極数を容易に変更することが可能である。

次に、図６に示したロータ４の製造方法について説明する。
本変形例のロータ４も、第１実施形態と同様に、まずは電磁鋼板を積層することにより図６に示した第１コア部材４１を成形する。その後、成形した第１コア部材４１の磁石挿入孔４１ｃに着磁前の磁石素材を例えば射出成形等で埋め込んだ後、図７に示すような配向着磁装置７０を用いてＵ字状の磁石素材５１の配向及び着磁を行う。

図７に示すように、配向着磁装置７０は、筒状部周方向に互いに隣接する突出部４１ｂ，４１ｂ間に配置される第１着磁ヨーク７１、突出部４１ｂの外周側面４１ｅに対向配置される第２着磁ヨーク７２、並びに第１着磁ヨーク７１及び第２着磁ヨーク７２の間に配置される永久磁石７３を備えている。

第１着磁ヨーク７１は、筒状部周方向における突出部４１ｂ，４１ｂ間の隙間を埋めるように配置される内側部分７１ａと、同内側部分７１ａから筒状部径方向外側に向かって伸びる外側部分７１ｂとを有している。第１着磁ヨーク７１の外側部分７１ｂは、筒状部径方向外側に向かうほど先鋭に形成されている。第２着磁ヨーク７２は、突出部４１ｂの外周側面４１ｅにおいてＵ字状の磁石素材５１の内周面に対向する領域に対向配置されている。第２着磁ヨーク７２も、第１着磁ヨーク７１と同様に、突出部４１ｂの外周側面４１ｅに対向した部分から筒状部径方向外側に向かうほど先鋭に形成されている。

永久磁石７３は、第１着磁ヨーク７１に隣接する第１永久磁石７３ａと、第２着磁ヨーク７２に隣接する第２永久磁石７３ｂとからなる。第１永久磁石７３ａ及び第２永久磁石７３ｂは筒状部周方向において互いに隣接している。第１永久磁石７３ａは、第１着磁ヨーク７１に隣接する部分がＮ極となっており、第２永久磁石７３ｂに隣接する部分がＳ極となっている。第２永久磁石７３ｂは、第２着磁ヨーク７２に隣接する部分がＳ極となっており、第１永久磁石７３ａに隣接する部分がＮ極となっている。これにより各永久磁石７３は、第１着磁ヨーク７１を挟んでＮ極同士で対向するように、また第２着磁ヨーク７２を挟んでＳ極同士で対向するように配置されている。

この配向着磁装置７０では、図７に破線の矢印で示す磁路が形成される。なお図７では、便宜上、一つの突出部４１ｂに形成される磁路のみを代表して示す。図７に示すように、各磁石素材５１に対してＵ字の外側から内側に向かう磁路が形成される。この着磁工程を経て磁石素材５１の配向が行われ、磁石素材５１のＵ字の内側がＮ極に、Ｕ字の外側がＳ極に着磁される。こうした着磁工程を経て磁石素材５１が永久磁石５０となり、第１コア部材４１の成形が完了する。なお第２コア部材４２を成形する際には、図７に示した配向着磁装置７０に対して第１永久磁石７３ａ及び第２永久磁石７３ｂのそれぞれの磁極配置が逆に設定された配向着磁装置を用いれば、同様に第２コア部材４２に埋め込まれた着磁前の磁石素材を着磁することができる。着磁工程の完了した第１コア部材４１及び第２コア部材４２を組み付けることで本変形例のロータ４の製造が完了する。

（第２実施形態）
次に、磁石埋込型ロータの第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の変形例との相違点を中心に説明する。

図８に示すように、本実施形態では、第１コア部材４１の突出部４１ｂに形成される磁石挿入孔４１ｃの筒状部軸方向に直交する断面形状が、筒状部径方向に延びる矩形状をなしている。同様に、第２コア部材４２の突出部４２ｂに形成される磁石挿入孔４１ｃの筒状部軸方向に直交する断面形状も、筒状部径方向に延びる矩形状をなしている。各磁石挿入孔４１ｃ，４２ｃには、筒状部軸方向に直交する断面形状が矩形状をなす永久磁石５０が挿入されている。第１コア部材４１に設けられる各永久磁石５０は、筒状部周方向の一方向ａ１側の部分にＮ極を有し、筒状部周方向の他方向ａ２側の部分にＳ極を有している。これに対し、第２コア部材４２に設けられる各永久磁石５０は、筒状部周方向の一方向ａ１側の部分にＳ極を有し、筒状部周方向の他方向ａ２側の部分にＮ極を有している。なお、本実施形態の第２コア部材４２は、第１コア部材４１を上下反転させた構造からなる。すなわち本実施形態の第１コア部材４１及び第２コア部材４２は同一の構造からなる。

こうした形状からなる第１コア部材４１及び第２コア部材４２を組み付けることにより図９に示すようなロータ４が構成される。図９に示すように、このロータ４では、永久磁石５０が放射状に配置されるとともに、第１コア部材４１に設けられる永久磁石５０と、第２コア部材４２に設けられる永久磁石５０とが同磁極同士で対向している。そして各永久磁石５０のＮ極同士で対向した部分によりロータコア４０の外周部分にＮ極が形成され、各永久磁石５０のＳ極同士で対向した部分によりロータコア４０の外周部分にＳ極が形成される。これによりロータ４は、その外周部分に周方向に沿ってＮ極及びＳ極を交互に有する６極構造をなしている。

次に、図８及び図９に示したロータ４の製造方法について説明する。
このロータ４も、第１実施形態と同様に、まずは、電磁鋼板を積層することにより図８に示した第１コア部材４１を成形する。その後、成形した第１コア部材４１の磁石挿入孔４１ｃに着磁前の磁石素材を例えば射出成形等で埋め込んだ後、図１０に示すような配向着磁装置８０を用いて磁石素材５１の配向及び着磁を行う。なお図１０では、筒状部周方向における磁石素材５１の一方の側面を符号５１ａで示すとともに、その他方の側面を符号５１ｂで示している。

図１０に示すように、配向着磁装置８０は、各突出部４１ｂを筒状部周方向に挟むように配置される一対の第１着磁ヨーク８１及び第２着磁ヨーク８２、並びに第１着磁ヨーク８１及び第２着磁ヨーク８２の間の隙間を埋めるように配置される第１永久磁石８３及び第２永久磁石８４を備えている。

第１着磁ヨーク８１は、磁石素材５１の一方の側面５１ａに対向する突出部４１ｂの一方の周方向側面４１ｆ、並びに突出部４１ｂの外周側面４１ｅのうちの磁石素材５１の一方の側面５１ａに対向する領域を覆うように形成されている。第２着磁ヨーク８２は、磁石素材５１の他方の側面５１ｂに対向する突出部４１ｂの他方の周方向側面４１ｆ、並びに突出部４１ｂの外周側面４１ｅのうちの磁石素材５１の他方の側面５１ｂに対向する領域を覆うように形成されている。また第１着磁ヨーク８１及び第２着磁ヨーク８２は、突出部４１ｂの外周側面４１ｅに対向した部分から筒状部径方向外側に延びる延設部８１ａ，８２ａをそれぞれ有している。延設部８１ａ，８２ａは、筒状部径方向外側に向かうほど先鋭に形成されている。

第１永久磁石８３は、第１着磁ヨーク８１と第２着磁ヨーク８２との間に形成される筒状部周方向の隙間のうち、突出部４１ｂの外周側面４１ｅの外側に対応する領域に配置されている。第１永久磁石８３は、第１着磁ヨーク８１に隣接する永久磁石８３ａと、第２着磁ヨーク８２に隣接する永久磁石８３ｂとからなる。各永久磁石８３ａ，８３ｂは筒状部周方向において互いに隣接している。一方の永久磁石８３ａは、第１着磁ヨーク８１に隣接する部分がＮ極となっており、他方の永久磁石８３ｂと隣接する部分がＳ極となっている。他方の永久磁石８３ｂは、第２着磁ヨーク８２に隣接する部分がＳ極となっており、一方の永久磁石８３ａに隣接する部分がＮ極となっている。

第２永久磁石８４は、第１着磁ヨーク８１と第２着磁ヨーク８２との間に形成される隙間のうち、筒状部周方向に互いに隣接する突出部４１ｂ，４１ｂ間に対応する領域に配置されている。第２永久磁石８４は、第１着磁ヨーク８１に隣接する永久磁石８４ａと、第２着磁ヨーク８２に隣接する永久磁石８４ｂとからなる。各永久磁石８４ａ，８４ｂは筒状部周方向において互いに隣接している。一方の永久磁石８４ａは、第１着磁ヨーク８１に隣接する部分がＮ極となっており、他方の永久磁石８４ｂに隣接する部分がＳ極となっている。他方の永久磁石８４ｂは、第２着磁ヨーク８２に隣接する部分がＳ極となっており、一方の永久磁石８４ａに隣接する部分がＮ極となっている。

このような構造により、第１永久磁石８３及び第２永久磁石８４は、第１着磁ヨーク８１を挟んでＮ極同士で対向するように、また第２着磁ヨーク８２を挟んでＳ極同士で対向するように配置されている。

この配向着磁装置８０では、図１０に破線で示す磁路が形成される。なお図１０では、便宜上、一つの突出部４１ｂに形成される磁路のみを代表して示す。図１０に示すように、各磁石素材５１の一方の側面５１ａから他方の側面５１ｂに向かう方向の磁路が形成される。これにより磁石素材５１の配向が行われ、磁石素材５１の一方の側面５１ａがＳ極に、他方の側面５１ｂがＮ極に着磁される。こうした着磁工程を経て磁石素材５１が永久磁石５０となり、第１コア部材４１の成形が完了する。なお第２コア部材４２は、第１コア部材４１と同一の構造からなるため、第１コア部材４１と同様の方法で成形することができる。着磁工程の完了した第１コア部材４１及び第２コア部材４２を組み付けることにより、図８及び図９に示したロータ４の製造が完了する。

以上に説明したロータ４、ロータ４の製造方法、及び配向着磁装置８０によれば、第１実施形態による上記（１）に準じた作用及び効果に加え、以下の作用及び効果を得ることができる。

（４）第１コア部材４１及び第２コア部材４２が同一の構造からなるため、図１０に示した配向着磁装置８０を用いれば、第１コア部材４１及び第２コア部材４２に製造することができる。そのため製造コストを低減することができる。

（５）図９に破線の矢印で示すように、Ｎ極同士で対向する一組の永久磁石５０，５０間では、各永久磁石５０により形成される磁界が互いに反発するため、それらの間では磁束のやり取りが生じない。したがってロータコア４０の周方向に隣接する突出部４１ｂ，４２ｂの境界部分を通過する磁束を少なくすることができる。またＳ極同士で対向する一組の永久磁石５０，５０間でも同様の効果が奏される。これにより、一組の永久磁石５０，５０により形成される磁路に対して突出部４１ｂ，４２ｂの境界部分が磁気抵抗として作用し難くなるため、ロータコア４０の外周面での磁束密度の低下を抑制することができる。その結果、モータの出力トルクを確保することができる。

＜他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・上記第１実施形態の変形例の配向着磁装置７０では、突出部４１ｂの周方向側面４１ｆに第１着磁ヨーク７１を隣接させたが、突出部４１ｂの周方向側面４１ｆに永久磁石のＮ極を直接隣接させてもよい。同様に、突出部４１ｂの外周側面４１ｅに永久磁石のＳ極を直接隣接させてもよい。これにより第１着磁ヨーク７１及び第２着磁ヨーク７２を排除することができる。同様の構成は、第１実施形態の配向着磁装置６０、及び第２実施形態の配向着磁装置８０でも採用することが可能である。要は、各実施形態の配向着磁装置６０，７０，８０は、突出部４１ｂの外周側面４１ｅ及び周方向側面４１ｆに対向配置される磁路形成部を有し、この磁路形成部により突出部４１ｂに埋め込まれた着磁前の磁石素材を通る磁路を形成するものであればよい。ただし、一般的にヨークの方が永久磁石よりも飽和磁化が大きいため、着磁ヨークを用いれば、永久磁石から発せられる磁束を集磁して着磁前の磁石素材に供給することができる。したがって、磁石素材の着磁率の観点からすると、着磁ヨークを用いた方が好ましい。

・上記第２実施形態の配向着磁装置８０では、第１永久磁石８３及び第２永久磁石８４のいずれか一方を省略してもよい。このような構成であっても、磁石素材５１の着磁は可能である。

・上記各実施形態に例示した配向着磁装置６０，７０，８０は、着磁用の磁束生成部として永久磁石を用いたが、着磁コイルを用いてもよい。図１１は、図７に示した配向着磁装置７０の変形例として、着磁コイルを用いた配向着磁装置９０の構造を示したものである。図１１に示すように、この配向着磁装置９０は、着磁ヨーク９１と、着磁ヨーク９１に巻回される着磁コイル９２とを備えている。着磁ヨーク９１は、第１コア部材４１を囲繞するように配置される円環部９１ａと、円環部９１ａの内壁面から突出部４１ｂ，４１ｂ間の隙間に延びるように形成される第１延設部９１ｂと、円環部９１ａの内壁面から突出部４１ｂの外周側面４１ｅまで延びるように形成される第２延設部９１ｃとを有している。着磁コイル９２は、第１延設部９１ｂ及び第２延設部９１ｃにそれぞれ巻回されている。第１延設部９１ｂに巻回された着磁コイル９２には、第１延設部９１ｂにおける突出部４１ｂ，４１ｂ間に配置される部分がＮ極となるように電流が供給される。第２延設部９１ｃに巻回された着磁コイル９２には、第２延設部９１ｃにおける突出部４１ｂの外周側面４１ｅに対向する部分がＳ極となるように電流を供給する。これにより、図中に破線で示すような磁路を形成することができるため、図７に例示した配向着磁装置７０と同様の効果を得ることができる。

・各コア部材４１，４２に埋め込まれた永久磁石の形状や配置は適宜変更可能である。例えば図１２に示すように、各コア部材４１，４２の突出部４１ｂ，４２ｂに、ロータコア周方向に異なる磁極で対向する一対の永久磁石５２，５３を埋め込んでもよい。なお、第１コア部材４１の突出部４１ｂに埋め込まれた永久磁石５２は、ロータコア４０の周方向において隣接する第２コア部材４２の突出部４２ｂに埋め込まれた永久磁石５２とＮ極同士で対向するように配置される。また、第１コア部材４１の突出部４１ｂに埋め込まれた永久磁石５３は、ロータコア４０の周方向において隣接する第２コア部材４２の突出部４２ｂに埋め込まれた永久磁石５３とＳ極同士で対向するように配置される。そして、ロータコア周方向に隣接する一組の永久磁石５２，５２によりロータコア４０の外周部分にＮ極を形成し、ロータコア周方向に隣接する一組の永久磁石５３，５３によりロータコア４０の外周部分にＳ極を形成してもよい。また、図１３に示すように、各突出部４１ｂ，４２ｂに埋め込まれる一対の永久磁石５２，５３については、それぞれのロータコア径方向外側の部分を連結してもよい。なお、図１２及び図１３にそれぞれ示したロータ４に関しては、図１０に示した第２実施形態の配向着磁装置８０を用いることにより、着磁前の磁石素材の配向及び着磁を行うことができる。

・ロータ４の磁極数に応じて各コア部材４１，４２の突出部４１ｂ，４２ｂの個数を変更すると、ロータ４の磁極数が多くなるほど、各コア部材４１，４２の突出部４１ｂ，４２ｂの数が増加する。そのため第１コア部材４１の突出部４１ｂ，４１ｂ間の間隔、及び第２コア部材４２の突出部４２ｂ，４２ｂ間の間隔が狭くなり、着磁ヨークを配置することが困難となる。そこでロータ４を構成するコア部材の個数を３つ以上にすることで、一つのコア部材当たりの突出部の数を減らしてもよい。例えばロータ４の磁極数が６極の場合、図１４に示すように、ロータコア４０を３つのコア部材４３，４４，４５により構成する。なお、図１４では、コア部材４３，４４，４５のそれぞれの筒状部を符号４３ａ，４４ａ，４５ａで、それぞれの突出部を符号４３ｂ，４４ｂ，４５ｂで、それぞれの磁石挿入孔を符号４３ｃ，４４ｃ，４５ｃで示している。このような構成によれば、図６に例示したロータ４と比較すると、一つのコア部材当たりの突出部の数が３つから２つに減少するため、各コア部材の突出部間の間隔を広げることができる。そのため、着磁ヨークを配置し易くなる。

・永久磁石５０の形状は上記各実施形態の形状に限定されない。永久磁石５０の筒状部軸方向に直交する断面形状は、例えばＶ字状やコ字状であってもよい。
・上記各実施形態では、永久磁石５０としてボンド磁石を用いたが、例えば焼結磁石や圧縮成形磁石等を用いてもよい。

・上記各実施形態では、コア部材４１，４２の磁石挿入孔４１ｃ，４２ｃに着磁前の磁石素材を埋め込んだ後に、配向着磁装置６０，７０，８０を用いて磁石素材の配向及び着磁を行ったが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、コア部材４１，４２を配向着磁装置６０，７０，８０に配置した状態で、コア部材４１，４２の磁石挿入孔４１ｃ，４２ｃに磁石素材を射出しながら、磁石素材の配向及び着磁を行ってもよい。

・上記各実施形態では、磁石素材５１の配向及び着磁を行う配向着磁装置について説明したが、磁石素材５１の配向のみ又は着磁のみを行う装置であってもよい。
・コア部材４１，４２の材質は電磁鋼板に限定されない。例えば、電磁軟鉄等の軟磁性体を用いることもできる。

・上記各実施形態では、永久磁石７３，８３，８４を一対の永久磁石７３ａ・７３ｂ，８３ａ・８３ｂ，８４ａ・８４ｂで構成する必要はなく、一つの永久磁石から構成されるものであってもよい。

３…モータシャフト（回転軸）、４…磁石埋込型ロータ、４０…ロータコア、４１〜４５…コア部材、４１ａ，４２ａ，４３ａ…筒状部、４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ…突出部、４１ｅ，４２ｅ…外周側面、４１ｆ，４２ｆ…周方向側面、５０，５２，５３…永久磁石、５１…磁石素材、６０，７０，８０，９０…配向着磁装置、６１，６２，７１，７２，８１，８２，９１…着磁ヨーク（磁路形成部）、６３，７３，８３，８４…永久磁石（磁路形成部，磁束生成部）、９２…着磁コイル（磁路形成部，磁束生成部）。

Claims

回転軸と一体となって回転する円筒状のロータコアと、
前記ロータコアに埋め込まれた永久磁石と、を備える磁石埋込型ロータにおいて、
前記回転軸が挿入される筒状部と、前記筒状部の外周からその径方向に突出するように形成され、前記筒状部の軸方向に直交する断面形状が略扇形状をなし、前記筒状部の周方向に隙間を隔てて配置された複数の突出部と、が設けられたコア部材を複数備え、
前記ロータコアは、前記複数のコア部材の筒状部が前記ロータコアの軸方向に隣接して同一直線上に配置されるとともに、前記コア部材の突出部と他のコア部材の突出部とが前記ロータコアの周方向において隣接し、前記ロータコアの周方向において他の突出部と対向する側面を周方向側面とするとき、いずれの突出部も前記周方向に隣り合う他の突出部と前記周方向側面において直接接するように前記複数のコア部材が組み付けられて構成され、
前記永久磁石は、前記複数のコア部材のそれぞれの突出部に埋め込まれ、前記ロータコアの外周部分を構成する側面を外周側面とするとき、それぞれの突出部の前記外周側面および前記周方向側面から各突出部の外部へ露出しないことを特徴とする磁石埋込型ロータ。
請求項１に記載の磁石埋込型ロータにおいて、
前記突出部には、前記ロータコアの外周部分に一磁極を形成する永久磁石が埋め込まれていることを特徴とする磁石埋込型ロータ。
請求項１に記載の磁石埋込型ロータにおいて、
前記コア部材の突出部に埋め込まれた永久磁石は、前記ロータコアの周方向に隣接する他のコア部材の突出部に埋め込まれた永久磁石と同磁極で対向するように配置され、
前記同磁極で対向する一組の永久磁石により前記ロータコアの外周部分に一磁極が形成されることを特徴とする磁石埋込型ロータ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁石埋込型ロータにおいて、
前記ロータコアは、前記コア部材が３つ以上組み付けられて構成されることを特徴とする磁石埋込型ロータ。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁石埋込型ロータにおいて、
前記複数のコア部材は、前記永久磁石の磁極配置を除き、同一形状からなることを特徴とする磁石埋込型ロータ。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁石埋込型ロータの製造方法において、
前記コア部材の突出部に埋め込まれた着磁前の磁石素材を着磁して前記永久磁石とする着磁工程と、
前記着磁工程を経た複数のコア部材を前記ロータコアの軸方向に組み付ける工程と、を備えることを特徴とする磁石埋込型ロータの製造方法。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁石埋込型ロータの前記コア部材に埋め込まれた着磁前の磁石素材の配向及び着磁の少なくとも一方を行う配向着磁装置であって、
前記突出部の前記外周側面及び前記周方向側面に対向配置され、前記突出部に埋め込まれた着磁前の磁石素材を通る磁路を形成する磁路形成部を備えることを特徴とする配向着磁装置。
請求項７に記載の配向着磁装置において、
前記磁路形成部は、前記突出部の外周側面及び周方向側面に対向配置される着磁ヨークと、前記着磁ヨークに隣接する磁束生成部とにより構成されることを特徴とする配向着磁装置。