JP6878064B2 - 回転電機用永久磁石、回転電機、回転電機用永久磁石の製造方法 - Google Patents

回転電機用永久磁石、回転電機、回転電機用永久磁石の製造方法 Download PDF

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Description

開示の実施形態は、回転電機用永久磁石、回転電機、及び回転電機用永久磁石の製造方法に関する。
特許文献1には、希土類焼結永久磁石焼結体及びこの焼結体を配した内部磁石ロータを有する永久磁石型同期モータが記載されている。この希土類焼結永久磁石焼結体には、上面及び下面の両方にスリットが設けられており、これらの面の一方の面にあるスリットは、他方の面にあるスリットと面上の方向が直交するように設けられている。
特開2001−078402号公報
上記希土類焼結永久磁石焼結体において鉄損のさらなる低減を図る場合、磁石構成の更なる最適化が要望される。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、鉄損の低減効果を向上することが可能な回転電機用永久磁石、回転電機、及び回転電機用永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、回転電機の回転子に設置される回転電機用永久磁石であって、磁化方向における両側で開口し、前記磁化方向に垂直な第1方向における一方側で開口すると共に他方側で閉塞された、少なくとも1つのスリットを有する回転電機用永久磁石が適用される。
また、本発明の別の観点によれば、固定子及び回転子と、前記回転子の表面に設置された上記複数の回転電機用永久磁石と、を有する回転電機が適用される。
また、本発明の別の観点によれば、回転電機の回転子に設置される回転電機用永久磁石の製造方法であって、配向性を備えた焼結体を形成することと、前記焼結体に、配向方向における両側で開口し、前記配向方向に垂直な第1方向における一方側で開口すると共に他方側で閉塞された、少なくとも1つのスリットを形成することと、前記焼結体を、着磁方向が前記配向方向と一致するように着磁することと、を有する回転電機用永久磁石の製造方法が適用される。
本発明によれば、鉄損の低減効果を向上することが可能な回転電機用永久磁石、回転電機、及び回転電機用永久磁石の製造方法を提供することができる。
第1実施形態に係る回転電機の回転子の構成の一例を表す断面図である。 回転子に設けられた永久磁石の構成の一例を表す斜視図である。 No.1及びNo.2の磁石試験片の構成の一例を表す平面図である。 No.1及びNo.2の磁石試験片の構成の一例を表す側面図である。 No.3の磁石試験片の構成の一例を表す平面図である。 No.3の磁石試験片の構成の一例を表す側面図である。 No.4の磁石試験片の構成の一例を表す平面図である。 No.4の磁石試験片の構成の一例を表す側面図である。 No.5の磁石試験片の構成の一例を表す平面図である。 No.5の磁石試験片の構成の一例を表す側面図である。 No.6の磁石試験片の構成の一例を表す平面図である。 No.6の磁石試験片の構成の一例を表す側面図である。 No.7の磁石試験片の構成の一例を表す平面図である。 No.7の磁石試験片の構成の一例を表す側面図である。 No.8の磁石試験片の構成の一例を表す平面図である。 No.8の磁石試験片の構成の一例を表す側面図である。 鉄損評価結果の一例を表す表である。 鉄損評価結果の一例を表すグラフである。 スリット磁石及び分割磁石の製造工程の一例を表す説明図である。 比較例の分割磁石の構成の一例を表す斜視図である。 第2実施形態に係る回転電機の回転子の構成の一例を表す断面図である。 回転子に設けられた永久磁石の構成の一例を表す斜視図である。
以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
<1.第1実施形態>
(1−1.回転電機の構成)
まず、図1を参照しつつ、本実施形態に係る回転電機1の構成の一例について説明する。図1に示すように、回転電機1は表面磁石型(SPM)の回転電機であり、図示しない固定子と、固定子の径方向内側に配置された回転子2を備える。回転電機1は、発電機又はモータとして使用される。
回転子2は、回転自在に支持されたシャフト3と、シャフト3の外周面に取り付けられた円環状の回転子鉄心4と、回転子鉄心4の表面に設置された複数の永久磁石10(回転電機用永久磁石の一例)とを備える。永久磁石10は、回転子鉄心4の表面に周方向に並列に配置されており、N極とS極とが周方向に交互に繰り返された複数の磁極を形成している。
なお、永久磁石10の数は回転電機1のスロットコンビネーションに基づくものであり、図1に示す数(32個)に限定されるものではない。
(1−2.永久磁石の構成)
次に、図2を参照しつつ、上記永久磁石10の構成の一例について説明する。永久磁石10は、図2に示す所定の軸方向寸法Lを有する磁石片10Pが、回転子鉄心4と同等の軸方向寸法となるように回転軸方向に複数個並べられて構成される。なお、永久磁石10を1つの磁石片10Pで構成してもよい。図2に示すように、磁石片10Pは、軸方向断面形状が回転子鉄心4の周方向に沿って湾曲した略矩形状である柱状体として形成され、回転子鉄心4の径方向に沿う厚さ方向を磁化方向として着磁されている。
永久磁石10(磁石片10P)は、複数のスリット11,12が形成されたスリット磁石である。スリット11は、磁化方向における一方側(図2中上側)に位置する表面10a側と他方側(図2中下側)に位置する裏面10b側で開口すると共に、磁化方向に垂直な磁石幅方向(第1方向の一例)における一方側(図2中左側)に位置する第1の側面10c側で開口すると共に他方側(図2中右側)に位置する第2の側面10d側で閉塞されている。スリット12は、表面10a側及び裏面10b側で開口すると共に、第2の側面10d側で開口すると共に第1の側面10c側で閉塞されている。以下では、説明の便宜上、スリット11を「第1スリット11」、スリット12を「第2スリット12」と称する。
第1スリット11及び第2スリット12は、磁化方向及び磁石幅方向の両方向に垂直なシャフト3の回転軸方向に沿う磁石長さ方向(第2方向の一例)において交互に配置されている。
第1スリット11と第2スリット12は、磁石幅方向に一部重複するように形成されている。すなわち、第1スリット11の磁石幅方向の寸法W1と第2スリット12の磁石幅方向の寸法W2の合計は、永久磁石10(磁石片10P)の磁石幅方向の寸法Wよりも大きい。図2に示す例では、第1スリット11の磁石幅方向の寸法W1は2/3×W、第2スリット12の磁石幅方向の寸法W2は2/3×Wである。その結果、第1スリット11と第2スリット12の重複部分の磁石幅方向の寸法は、1/3×Wとなっている。
なお、スリット11,12の上記寸法は一例であり、上記以外としてもよい。例えば、上記寸法W1,W2を2/3×Wよりも大きくしてもよい。但し、永久磁石10(磁石片10P)の強度等を考慮すると、寸法W1,W2は9/10×W以下であることが好ましい。
第1スリット11及び第2スリット12には、接着剤が充填されて固化されている。その結果、永久磁石10(磁石片10P)は、スリット11,12に充填された樹脂部13を有する。
(1−3.永久磁石の鉄損評価試験)
従来より、回転電機の効率の低下を抑制するために、回転電機の回転子に設置される永久磁石を回転軸方向に分割し、その分割磁石を積層して接着することで、永久磁石の鉄損を低減させる手法が知られている。しかしながら、この手法では永久磁石の製造工程が複雑となるため、コスト増大の要因となる。
そこで、本願発明者等は鋭意研究を行った結果、回転電機用永久磁石においては、磁化方向側の表面近傍よりも磁化方向に垂直な方向側の表面近傍の方が、スリット形成による渦電流損失の低減効果がより大きいという知見を得、本実施形態に係るスリット磁石に想到した。本願発明者等は、その有効性を確認するために、磁石試験片を作成し鉄損評価試験を行った。
(1−3−1.磁石試験片の構成)
作成したNo.1〜No.8の8種類の磁石試験片を、図3A〜図9Bに示す。No.1〜No.8の磁石試験片20A〜20Hは、いずれも、配向性を備えた焼結体で構成されており、未着磁の磁石片である。各磁石試験片の形状、大きさは特に限定されるものではないが、この例では、配向方向に垂直な磁石幅方向寸法A=30±0.1mm、配向方向及び磁石幅方向の両方に垂直な磁石長さ方向寸法B=45±0.1mm、配向方向寸法C=20±0.1mmの直方体形状を有する。なお、配向方向は磁石着磁時の磁化方向である。No.1〜No.8の磁石試験片20A〜20Hのうち、No.2の磁石試験片20Bを除く他の磁石試験片20A,20C〜20Hは、防錆等を目的として全面に例えばエポキシ系塗料による塗装が施されている。また、No.4〜No.8の磁石試験片20D〜20Hのスリットは、例えば放電加工で形成されており、スリット幅は例えば約0.15±0.01mmである。各スリットには例えばエポキシ系接着剤等の樹脂が充填されて固化されており、スリットが封じられている。
図3A及び図3Bに示すように、No.1の磁石試験片20AとNo.2の磁石試験片20Bは共に、スリットを設けない未加工磁石である。このうち、No.2の磁石試験片20Bは、表面に塗装を行っていない。
図4A及び図4Bに示すように、No.3の磁石試験片20Cは、磁石長さ方向に5等分された5つの分割片18が、例えばエポキシ系接着剤による接着剤層19で互いに接着された分割磁石である。各分割片18の磁石長さ方向寸法はB/5である。
図5A及び図5Bに示すように、No.4の磁石試験片20Dは、2つの第1スリット21dと2つの第2スリット22dとを有するスリット磁石である。第1スリット21dは、配向方向における一方側(図5A中紙面の手前側、図5B中上側)に位置する表面20a側と他方側(図5A中紙面の奥側、図5B中下側)に位置する裏面20b側で開口すると共に、磁石幅方向における一方側(図5A中下側、図5B中紙面の手前側)に位置する第1の側面20c側で開口し、磁石幅方向における他方側(図5A中上側、図5B中紙面の奥側)に位置する第2の側面20d側で閉塞されている。第2スリット22dは、表面20aと裏面20bで開口すると共に、第2の側面20d側で開口し、第1の側面20c側で閉塞されている。
第1スリット21dと第2スリット22dは、共に磁石幅方向に2A/3の長さを有し、磁石長さ方向にB/5の間隔で交互に配置されている。また、第1スリット21dと第2スリット22dは磁石幅方向にA/3の長さだけ重複している。以下、No.4の磁石試験片20Dのスリット(第1スリット21d、第2スリット22d)の形成態様をスリットパターン1と称する。
図6A及び図6Bに示すように、No.5の磁石試験片20Eは、No.4の磁石試験片20Dにおいて第1スリット及び第2スリットの本数を増やした試験片である。すなわち、No.5の磁石試験片20Eは、5つの第1スリット21eと4つの第2スリット22eとを有するスリット磁石である。第1スリット21eは、配向方向における一方側(図6A中紙面の手前側、図6B中上側)に位置する表面20a側と他方側(図6A中紙面の奥側、図6B中下側)に位置する裏面20b側で開口すると共に、磁石幅方向における一方側(図6A中下側、図6B中紙面の手前側)に位置する第1の側面20c側で開口し、磁石幅方向における他方側(図6A中上側、図6B中紙面の奥側)に位置する第2の側面20d側で閉塞されている。第2スリット22eは、表面20aと裏面20bで開口すると共に、第2の側面20d側で開口し、第1の側面20c側で閉塞されている。
第1スリット21eと第2スリット22eは、共に磁石幅方向に2A/3の長さを有し、磁石長さ方向にB/10の間隔で交互に配置されている。また、第1スリット21eと第2スリット22eは磁石幅方向にA/3の長さだけ重複している。以下、No.5の磁石試験片20Eのスリット(第1スリット21e、第2スリット22e)の形成態様をスリットパターン2と称する。
図7A及び図7Bに示すように、No.6の磁石試験片20Fは、No.4の磁石試験片20Dにおいて第1スリット及び第2スリットの磁石幅方向の長さを短くした試験片である。すなわち、No.6の磁石試験片20Fは、2つの第1スリット21fと2つの第2スリット22fとを有するスリット磁石である。第1スリット21fは、配向方向における一方側(図7A中紙面の手前側、図7B中上側)に位置する表面20a側と他方側(図7A中紙面の奥側、図7B中下側)に位置する裏面20b側で開口すると共に、磁石幅方向における一方側(図7A中下側、図7B中紙面の手前側)に位置する第1の側面20c側で開口し、磁石幅方向における他方側(図7A中上側、図7B中紙面の奥側)に位置する第2の側面20d側で閉塞されている。第2スリット22fは、表面20a側と裏面20b側で開口すると共に、第2の側面20d側で開口し、第1の側面20c側で閉塞されている。
第1スリット21fと第2スリット22fは、共に磁石幅方向にA/2の長さを有し、磁石長さ方向にB/5の間隔で交互に配置されている。第1スリット21fと第2スリット22fは磁石幅方向に重複せず、先端が磁石幅方向中央に位置している。以下、No.6の磁石試験片20Fのスリット(第1スリット21f、第2スリット22f)の形成態様をスリットパターン3と称する。
図8A及び図8Bに示すように、No.7の磁石試験片20Gは、4つの第3スリット23gと4つの第4スリット24gとを有するスリット磁石である。第3スリット23gは、配向方向における一方側(図8A中紙面の手前側、図8B中上側)に位置する表面20a側で開口すると共に、配向方向における他方側(図8A中紙面の奥側、図8B中下側)に位置する裏面20b側で閉塞されている。また第3スリット23gは、磁石幅方向における一方側(図8A中下側、図8B中紙面の手前側)に位置する第1の側面20c側と、磁石幅方向における他方側(図8A中上側、図8B中紙面の奥側)に位置する第2の側面20d側で開口している。第4スリット24gは、裏面20b側で開口すると共に表面20a側で閉塞されており、第1の側面20c側と第2の側面20d側で開口している。
第3スリット23g及び第4スリット24gは、共に配向方向にC/4の長さを有し、磁石長さ方向にB/5の間隔で配置されている。第3スリット23g及び第4スリット24gは、配向方向に対向している。以下、No.6の磁石試験片20Gのスリット(第3スリット23g、第4スリット24g)の形成態様をスリットパターン4と称する。
図9A及び図9Bに示すように、No.8の磁石試験片20Hは、No.7の磁石試験片20Gにおいて第4スリットを省き、かつ第3スリットの配向方向の長さを長くした試験片である。すなわち、No.8の磁石試験片20Hは、4つの第3スリット23hを有するスリット磁石である。第3スリット23hは、配向方向における一方側(図9A中紙面の手前側、図9B中上側)に位置する表面20a側で開口すると共に、配向方向における他方側(図9A中紙面の奥側、図9B中下側)に位置する裏面20b側で閉塞されている。また第3スリット23hは、磁石幅方向における一方側(図9A中下側、図9B中紙面の手前側)に位置する第1の側面20c側と、磁石幅方向における他方側(図9A中上側、図9B中紙面の奥側)に位置する第2の側面20d側で開口している。第3スリット23hは、配向方向にC/2の長さを有し、磁石長さ方向にB/5の間隔で配置されている。以下、No.8の磁石試験片20Hのスリット(第3スリット23h)の形成態様をスリットパターン5と称する。
(1−3−2.磁石試験片の評価結果)
本願発明者等は、上述したNo.1〜No.9の磁石試験片20A〜20Hについて、励磁電源、分流抵抗器、磁束積分器、計算機(CPU)等を有するヒステリシス測定装置(図示省略)を用いてヒステリシス損を測定し、また、励磁指令部、波形発信部、励磁電源、電力計、ディジタルオシロスコープ等を有する渦電流測定装置(図示省略)を用いて渦電流損を測定し、ヒステリシス損と渦電流損を合計して鉄損を得た。測定に用いた周波数fは、例えば基本周波数の96.00Hz、キャリア周波数の1152.00Hz、高周波数の3000.00Hzである。得られた鉄損評価結果を図10及び図11に示す。
図10の鉄損評価結果の表及び図11の鉄損評価結果のグラフに示されるように、No.1〜No.9の全ての磁石試験片20A〜20Hにおいて、周波数fが高くなるほど鉄損は増加した。
No.5の磁石試験片20E(スリットパターン2のスリット磁石)の鉄損は、高周波数でNo.3の磁石試験片20C(分割磁石)の鉄損の0.67倍、キャリア周波数で0・65倍、基本周波数で0.83倍であり、それぞれの周波数でNo.3の磁石試験片20Cの鉄損を下回っていた。特に、高周波数、キャリア周波数での鉄損の低減効果が大きい。
No.4の磁石試験片20D(スリットパターン1のスリット磁石)の鉄損は、高周波数でNo.3の磁石試験片20C(分割磁石)の鉄損の1.24倍、キャリア周波数で1.19倍、基本周波数で0.98倍である。高周波数及びキャリア周波数でNo.3の磁石試験片20Cの鉄損を若干上回ったが、全体として略同等の鉄損であった。
No.6の磁石試験片20F(スリットパターン3のスリット磁石)の鉄損は、高周波数でNo.3の磁石試験片20C(分割磁石)の鉄損の1.43倍、キャリア周波数で1.42倍、基本周波数で1.1倍である。基本周波数でNo.3の磁石試験片20Cの鉄損と略同等、高周波数、キャリア周波数でNo.3の磁石試験片20Cの鉄損を上回ったが、比較的小さめの増加量であった。
No.7の磁石試験片20G(スリットパターン4のスリット磁石)及びNo.8の磁石試験片20H(スリットパターン5のスリット磁石)の鉄損は、高周波数、キャリア周波数、基本周波数の全てでNo.3の磁石試験片20C(分割磁石)の鉄損の約2倍乃至2倍超となった。
No.1の磁石試験片20A(未加工磁石、塗装あり)及びNo.2の磁石試験片20B(未加工磁石、塗装なし)の鉄損は、高周波数、キャリア周波数、基本周波数の全てでNo.3の磁石試験片20C(分割磁石)の3倍弱となり著しく大きくなった。
以上から、No.4〜6の磁石試験片20D〜20Fについては、No.3の磁石試験片20Cに比較的近い鉄損とすることが可能であり、特にNo.5の磁石試験片20Eについては、No.3の磁石試験片20Cよりもさらに鉄損を低減することが可能であることが分かった。すなわち、回転電機1の永久磁石10(磁石片10P)において、スリット11,12の磁石長さ方向の交互配置間隔を、分割磁石の分割片の磁石長さ方向寸法の1/2程度とすることにより、当該分割磁石以上の鉄損低減効果を得ることができる。
(1−4.スリット磁石及び分割磁石の製造工程)
次に、図12を参照しつつ、本実施形態のスリット磁石と比較例としての分割磁石の製造工程の一例について説明する。なお、比較例の分割磁石40は、図13に示す所定の軸方向寸法Lを有する磁石片40Pが、回転子鉄心4と同等の軸方向寸法となるように回転軸方向に複数個並べられて構成される。なお、分割磁石40を1つの磁石片40Pで構成してもよい。図13に示すように、分割磁石40は、複数(この例では5つ)の分割片41と、複数の分割片41同士を磁石長さ方向に接着した接着層42とを有する。
最初に、比較例に係る分割磁石の製造工程の一例について説明する。まず、前工程において、磁石材料の粉末を加圧成型後、真空加熱炉で焼結・時効処理を行って、略永久磁石の外形を有する柱状体の磁石素材(焼結体)を作成する。
次に、前工程で作成された磁石素材に対し、面取り(工程1)、双研磨(工程2)を行った後、例えば放電加工による切断加工(ワイヤーカッタ等による切断加工も可能)を行って(工程3)、磁石素材を磁石長さ方向に複数に分割し、複数の分割片を作成する。その後、各分割片に対し、双研磨(工程4)、立研磨(工程5)、平研磨(工程6)を行い、一旦、分割片の半製品検査を行う(工程7)。その後、各分割片に対し、リン化を行って塗装下地のリン化皮膜を形成し(工程8)、各分割片を接着装置へ移動する(工程9)。
次に、接着装置に移動した各分割片を脱脂し(工程10)、接着剤と硬化剤を混合して例えば熱硬化性の接着剤(紫外線硬化性等の接着剤でも可能)を調製し(工程11)、調製された接着剤を各分割片の接着面に塗布し(工程12)、分割片同士を接着剤で接着して(工程13)、分割磁石の形態とする。その後、例えば加熱(紫外線照射等でもよい)により接着剤を固化し(工程14)、分割磁石の接着状態等を検査する(工程15)。
次に、分割磁石に対し、双研磨(工程16)、平研磨(工程17)、手動による手研磨(工程18)、面取り(工程19)を行った後、分割磁石の半製品検査を行う(工程20)。その後、分割磁石を塗装装置に設置し(工程21)、分割磁石の表面にスプレー塗装を行う(工程22)。そして、例えば加熱により塗装を固化し(工程23)、塗装厚を検査し(工程24)、分割磁石の最終的な製品検査を行う(工程25)。
次に、本実施形態に係るスリット磁石の製造工程の一例について説明する。前工程は、分割磁石と同じである。
前工程で作成された磁石素材に対し、面取り(工程1)、双研磨(工程2)を行った後、例えば放電加工によるスリット加工(ワイヤーカッタ等によるスリット加工も可能)を行って(工程3)、磁石素材に複数のスリットを形成し、スリット磁石の形態とする。次に、スリット磁石に対し、双研磨(工程4)、立研磨(工程5)、平研磨(工程6)を行う。その後、工程7〜工程11を省略して工程12へ進み、スリットへの接着剤の含浸、充填を行う(工程12)。そして、工程13を省略して工程14へ進み、例えば加熱(紫外線照射等でもよい)により接着剤を固化する(工程14)。その後、工程15〜工程17を省略して工程18に進み、スリット磁石に対し、手研磨(工程18)、面取り(工程19)を行った後、スリット磁石の半製品検査を行う(工程20)。
その後、スリット磁石を塗装装置に設置し(工程21)、スリット磁石の表面に例えば電着塗装(スプレー塗装でもよい)を行う(工程22)。なお、上述の分割磁石の場合、磁石が分断されているので電着塗装できないのに対し、スリット磁石では電着塗装が可能となる。そして、例えば加熱により塗装を固化し(工程23)、塗装厚を検査し(工程24)、スリット磁石の最終的な製品検査を行う(工程25)。
以上のように、本実施形態のスリット磁石では、分割磁石に比べて大幅に製造工程を削減できる。
なお、以上の製造工程により製造される磁石は、未着磁の磁石である。以上のようにして製造された磁石を着磁方向が配向方向と一致するように着磁することで、永久磁石が製造される。
(1−5.第1実施形態の効果)
以上説明したように、本実施形態の永久磁石10は、磁化方向における両側で開口し、磁化方向に垂直な磁石幅方向における一方側で開口すると共に他方側で閉塞された、少なくとも1つのスリット11,12を有する。
これにより、鉄損の低減効果を向上でき、永久磁石10を分割することなく分割磁石と同程度の鉄損低減効果を得ることが可能となる。その結果、分割磁石に代えてスリット磁石(永久磁石10)を回転電機1に採用することが可能となるので、製造工程の簡素化によりコストを大幅に削減可能な回転電機用永久磁石を実現できる。
また、本実施形態では特に、磁石幅方向における一方側に位置する第1の側面10cと、磁石幅方向における他方側に位置する第2の側面10dと、有し、少なくとも1つのスリット11,12は、第1の側面10c側で開口すると共に第2の側面10d側で閉塞された第1スリット11と、第2の側面10d側で開口すると共に第1の側面10c側で閉塞された第2スリット12と、を含む。
これにより、渦電流損失の低減効果が比較的大きな、磁化方向に垂直な方向における両側面10c,10dに対して磁化方向に貫通したスリット11,12を形成することができるので、鉄損の低減効果を向上できる。
また、本実施形態では特に、第1スリット11及び第2スリット12は、磁化方向及び磁石幅方向の両方向に垂直な磁石長さ方向(回転軸方向)において交互に配置されている。
これにより、第1の側面10cにおける第1スリット11のスリット間隔と、第2の側面10dにおける第2スリット12のスリット間隔とを、略均一にすることができる。その結果、第1の側面10c近傍及び第2の側面10d近傍において発生する渦電流損失のアンバランスを抑制できるので、鉄損の低減効果をさらに向上できる。
また、本実施形態では特に、第1スリット11の磁石幅方向の寸法W1と第2スリット12の磁石幅方向の寸法W2の合計は、永久磁石10の磁石幅方向の寸法Wよりも大きい。
これにより、第1スリット11と第2スリット12とを磁石幅方向において互いに重複するように形成することができる。その結果、永久磁石10の磁石長さ方向(回転軸方向)における抵抗率を増大できるので、鉄損の低減効果をさらに向上できる。
また、本実施形態では特に、スリット11,12に充填された樹脂部13を有する。
これにより、スリット11,12内に異物が入り込むことによる短絡を防止できるので、スリットの絶縁性を向上できる。また、永久磁石10の機械的強度を高めることができるので、スリットの本数や寸法を大きくすることが可能となり、鉄損の低減効果をさらに向上できる。
また、本実施形態では特に、回転電機1が、固定子及び回転子2と、回転子2の表面に設置された複数の永久磁石10と、を有する。
これにより、永久磁石10のコストを大幅に削減させた表面磁石型(SPM)の回転電機1を実現できる。また、SPM型の回転電機1では、永久磁石10の磁化方向に垂直な方向における両側面10c,10d(周方向の両側面)が回転子鉄心4の外部に配置されるため、両側面10c,10d近傍に渦電流が発生し易い。このため、当該側面10c,10dにスリット11,12を形成することが鉄損の低減に特に有効であり、鉄損の低減効果をさらに向上できる。
また、本実施形態では特に、回転電機1の回転子2に設置される永久磁石10を製造する際、配向性を備えた焼結体を形成し、焼結体に、配向方向における両側で開口し、配向方向に垂直な磁石幅方向における一方側で開口すると共に他方側で閉塞された、少なくとも1つのスリット11,12を形成し、焼結体を、着磁方向が配向方向と一致するように着磁する。
これにより、分割磁石に代えてスリット磁石を回転電機1に採用することが可能となるので、製造工程の簡素化によりコストを大幅に削減可能な回転電機用永久磁石を実現できる効果に加えて、次のような効果も得る。
すなわち、スリット磁石の場合、永久磁石が分割されていないので、製造工程において塗装を行う場合に、水性塗料や水溶性樹脂を電解液として電着作用によって磁石表面に塗料や樹脂の塗装膜を作る電着塗装が可能となる。したがって、スプレーガンによるスプレー塗装に比べて、色むら、ゴミ、たれ等が非常に少ない良質の塗装が可能となる。
本実施形態では特に、永久磁石10を製造する際、スリット11,スリット12に接着剤を含浸させて固化する。
これにより、スリット11,12の絶縁性を向上や、スリットの本数や寸法を大きくすることによる鉄損の低減効果をさらに向上できる効果に加えて、次のような効果も得る。すなわち、接着剤を含浸させることで、複数のスリット11,12に対する樹脂の充填を一度に速やかに実施できる。また接着剤として、例えば熱硬化性の接着剤等、外的要因(例えば紫外線照射や加熱、空気中の水分等)により硬化する接着剤を用いることにより、固化時間を短縮できる。
<2.第2実施形態>
第1実施形態では、回転電機が表面磁石型(SPM)である場合を説明したが、本発明は埋込磁石型(IPM)の回転電機にも適用可能である。
(2−1.回転電機の構成)
図14に示すように、本実施形態に係る回転電機1Aは、埋込磁石型(IPM)の回転電機であり、図示しない固定子と、固定子の径方向内側に配置された回転子30とを備える。
回転子30は、回転自在に支持されたシャフト35と、シャフト35の外周面に取り付けられた回転子鉄心36と、回転子鉄心36の内部に設置された複数の永久磁石33(回転電機用永久磁石の一例)とを有する。複数の永久磁石33は、磁極ごとに2つの磁石がV字状に埋設されて構成されており、N極とS極とが周方向に交互に繰り返された複数の磁極を形成している。
なお、永久磁石33の数は回転電機1Aのスロットコンビネーションに基づくものであり、図14に示す数(16個)に限定されるものではない。
(2−2.永久磁石の構成)
永久磁石33は、図15に示す所定の軸方向寸法Lを有する磁石片33Pが、回転子鉄心36と同等の軸方向寸法となるように回転軸方向に複数個並べられて構成される。なお、永久磁石33を1つの磁石片33Pで構成してもよい。図15に示すように、磁石片33Pは、軸方向断面形状が略矩形状の柱状体として形成され、厚さ方向(図15中上下方向)を磁化方向として着磁されている。
永久磁石33(磁石片33P)は、複数のスリット31,32が形成されたスリット磁石である。スリット31は、磁化方向における一方側(図15中上側)に位置する表面33a側と他方側(図15中下側)に位置する裏面33b側で開口すると共に、磁化方向に垂直な磁石幅方向(第1方向の一例)における一方側(図15中左側)に位置する第1の側面33c側で開口すると共に他方側(図15中右側)に位置する第2の側面33d側で閉塞されている。スリット32は、表面33a側及び裏面33b側で開口すると共に、第2の側面33d側で開口すると共に第1の側面33c側で閉塞されている。以下では、説明の便宜上、スリット31を「第1スリット31」、スリット32を「第2スリット32」と称する。
第1スリット31及び第2スリット32は、磁化方向及び磁石幅方向の両方向に垂直なシャフト35の回転軸方向に沿う磁石長さ方向(第2方向の一例)において交互に配置されている。
第1スリット31と第2スリット32は、磁石幅方向に一部重複するように形成されている。すなわち、第1スリット31の磁石幅方向の寸法W1と第2スリット32の磁石幅方向の寸法W2の合計は、永久磁石33(磁石片33P)の磁石幅方向の寸法Wよりも大きい。図15に示す例では、第1スリット31の磁石幅方向の寸法W1は2/3×W、第2スリット32の磁石幅方向の寸法W2は2/3×Wである。その結果、第1スリット31と第2スリット32の重複部分の磁石幅方向の寸法は、1/3×Wとなっている。
なお、スリット31,32の上記寸法は一例であり、上記以外としてもよい。例えば、上記寸法W1,W2を2/3×Wよりも大きくしてもよい。但し、永久磁石33(磁石片33P)の強度等を考慮すると、寸法W1,W2は9/10×W以下であることが好ましい。
第1スリット31及び第2スリット32には、接着剤が充填されて固化されている。その結果、永久磁石33(磁石片33P)は、スリット31,32に充填された樹脂部34を有する。
本実施形態によっても、分割磁石に代えてスリット磁石(永久磁石33)を回転電機1Aに採用することが可能となるので、製造工程の簡素化によりコストを大幅に削減可能な回転電機用永久磁石を実現できる。
なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。
また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさ、形状、位置等が「同一」「同じ」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「同じ」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
1 回転電機
1A 回転電機
2 回転子
10 永久磁石
10c 第1の側面
10d 第2の側面
11 第1スリット
12 第2スリット
13 樹脂部
30 回転子
31 第1スリット
32 第2スリット
33 永久磁石
33c 第1の側面
33d 第2の側面
34 樹脂部
W 幅方向寸法
W1 幅方向寸法
W2 幅方向寸法

Claims (7)

  1. 希土類焼結永久磁石焼結体として構成され、回転電機の回転子の表面に設置される回転電機用永久磁石であって、
    磁化方向に垂直な第1方向に沿って湾曲した形状に形成されており、
    前記第1方向における一方側に位置する第1の側面と、
    前記第1方向における他方側に位置する第2の側面と、
    前記磁化方向における一方側に位置する面及び他方側に位置する面側で開口し、前記一方側に位置する面の開口部と前記他方側に位置する面の開口部とが前記磁化方向に貫通し、前記第1の側面側で開口すると共に前記第2の側面側で閉塞された第1スリットと、
    前記磁化方向における前記一方側に位置する面及び前記他方側に位置する面側で開口し、前記一方側に位置する面の開口部と前記他方側に位置する面の開口部とが前記磁化方向に貫通し、前記第2の側面側で開口すると共に前記第1の側面側で閉塞された第2スリットと、
    を有し、
    前記第1の側面及び前記第2の側面は、
    前記第1の側面と前記第2の側面との間の前記第1方向の間隔が前記磁化方向の一方側に向けて小さくなるように傾斜した平坦部を有し、
    前記第1スリット及び前記第2スリットの前記第1方向における寸法は、前記回転電機用永久磁石の前記第1方向における寸法の、1/2以上2/3以下である
    ことを特徴とする回転電機用永久磁石。
  2. 前記第1スリット及び前記第2スリットは、
    前記磁化方向及び前記第1方向の両方向に垂直な第2方向において交互に配置されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機用永久磁石。
  3. 前記第1スリット又は前記第2スリットに充填された樹脂部をさらに有する
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の回転電機用永久磁石。
  4. 前記第1スリット及び前記第2スリットの前記第1方向における寸法は、前記回転電機用永久磁石の前記第1方向における寸法の1/2、若しくは、2/3である
    ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の回転電機用永久磁石
  5. 固定子及び回転子と、
    前記回転子の表面に設置された、請求項1乃至のいずれか1項に記載の複数の回転電機用永久磁石と、
    を有し、
    前記第1の側面及び前記第2の側面は、
    前記第1の側面と前記第2の側面との間の前記回転子の周方向の間隔が前記回転子の径方向の外側に向けて小さくなるように傾斜した前記平坦部を有する
    ことを特徴とする回転電機。
  6. 希土類焼結永久磁石焼結体として構成され、回転電機の回転子の表面に設置される回転電機用永久磁石の製造方法であって、
    配向性を備え、配向方向に垂直な第1方向に沿って湾曲した形状であり、且つ、前記第1方向における一方側に位置する第1の側面と、前記第1方向における他方側に位置する第2の側面と、を備え、前記第1の側面及び前記第2の側面が、前記第1の側面と前記第2の側面との間の前記第1方向の間隔が前記配向方向の一方側に向けて小さくなるように傾斜した平坦部を有する形状の焼結体を形成することと、
    前記焼結体に、前記配向方向における一方側に位置する面及び他方側に位置する面側で開口し、前記一方側に位置する面の開口部と前記他方側に位置する面の開口部とが前記配向方向に貫通し、前記第1の側面側で開口すると共に前記第2の側面側で閉塞され、前記第1方向における寸法が前記回転電機用永久磁石の前記第1方向における寸法の、1/2以上2/3以下である第1スリットと、前記配向方向における前記一方側に位置する面及び前記他方側に位置する面側で開口し、前記一方側に位置する面の開口部と前記他方側に位置する面の開口部とが前記配向方向に貫通し、前記第2の側面側で開口すると共に前記第1の側面側で閉塞され、前記第1方向における寸法が前記回転電機用永久磁石の前記第1方向における寸法の、1/2以上2/3以下である第2スリットと、を形成することと、
    前記焼結体を、着磁方向が前記配向方向と一致するように着磁することと、
    を有することを特徴とする回転電機用永久磁石の製造方法。
  7. 前記第1スリット又は前記第2スリットに接着剤を含浸させて固化すること、
    をさらに有する
    ことを特徴とする請求項6に記載の回転電機用永久磁石の製造方法。
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