JP7211313B2 - 磁石埋込型モータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイルが巻回されたステータと、ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを備える磁石埋込型モータおよびその製造方法に関する。

従来から、コイルが巻回されたステータと、ステータの内側においてステータに対して回転軸周りに回転自在に設けられたロータとを備えるモータが利用されている。これらのモータのうち、例えば、特許文献１に示されるような磁石埋込型モータ（ＩＰＭ：Interior Permanent Magnet）は、回転シャフトが挿通されたロータコアを備えており、ロータコアには回転軸方向に貫通した磁石用孔が設けられ、磁石用孔に磁石が埋設されている。

特開２０１７－１４７８１０号公報

上記のような磁石埋込型モータでは、ロータの回転速度が大きくなるほど逆起電圧が大きくなるので、ロータの高速回転時の逆起電圧の増大が問題となる。一方、このような問題を抑制すべく、逆起電圧を低減するために永久磁石の磁束密度を小さくするとトルクが低下してしまう。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トルクを向上しつつ、逆起電圧を低減することができる磁石埋込型モータを提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明の磁石埋込型モータは、ステータと、上記ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを備える磁石埋込型モータであって、上記ステータは、ステータコアと、上記ステータコアに巻回されたコイルとを有し、上記ロータは、ロータコアと、上記ロータコアに周方向に沿って埋設された、複数の磁極をそれぞれ構成する複数の磁石組とを有し、上記ロータコアを構成する磁性材料の飽和磁束密度は、上記ステータコアを構成する磁性材料より０．２Ｔ以上高いことを特徴とする。

本発明によれば、トルクを向上しつつ、逆起電圧を低減することができる。

上記発明においては、上記ロータコアを構成する磁性材料は、ナノ結晶系軟磁性材料、電磁鋼、及びパーメンジュールから選択される少なくとも一種であり、上記ステータコアを構成する磁性材料はアモルファス系軟磁性材料であることが好ましい。ロータコアを構成する磁性材料の飽和磁束密度がステータコアを構成する磁性材料より０．２Ｔ以上高い条件を満たし易いからである。

上記発明においては、上記ロータコアを構成する磁性材料はナノ結晶系軟磁性材料であることが好ましい。モータの生産性を向上でき、コストを低減できるからである。

本発明によれば、トルクを向上しつつ、逆起電圧を低減することができる。

本発明に係る実施形態の磁石埋込型モータの一例における回転軸方向に垂直な断面に示す概略断面図である。 図１に示す磁石埋込型モータの１／８モデルを示す概略断面拡大図である。 図１に示すステータコアの概略斜視図である。 図１に示すロータコアの概略斜視図である。 アモルファス系軟磁性材料、ナノ結晶系軟磁性材料、電磁鋼、及びパーメンジュールの飽和磁束密度の値を示すグラフである。 実施例１～３及び比較例の逆起電圧を示すグラフである。 実施例１～３及び比較例の最大トルクを示すグラフである。

以下、本発明の磁石埋込型モータに係る実施形態について説明する。

本発明に係る実施形態の磁石埋込型モータは、ステータと、上記ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを備える磁石埋込型モータであって、上記ステータは、ステータコアと、上記ステータコアに巻回されたコイルとを有し、上記ロータは、ロータコアと、上記ロータコアに周方向に沿って埋設された、複数の磁極をそれぞれ構成する複数の磁石組とを有し、上記ロータコアを構成する磁性材料の飽和磁束密度は、上記ステータコアを構成する磁性材料より０．２Ｔ以上高いことを特徴とする。以下の本実施形態の説明では、「周方向」及び「径方向」とは、特に明記しない限り、それぞれロータコア又はロータコアに積層された金属板（例えば、ナノ結晶系軟磁性材料から構成される金属箔、電磁鋼板、又はパーメンジュールから構成される金属板等）の周方向及び径方向を指す。また、「回転軸方向」とは、ロータの回転軸の方向を指す。さらに、「中央」及び「外周」とは、特に明記しない限り、それぞれ回転軸方向から平面視した場合のロータコア又はロータコアに積層された金属板の中央及び外周を指す。

まず、本実施形態の磁石埋込型モータの一例について説明する。
ここで、図１は、本発明に係る実施形態の磁石埋込型モータの一例における回転軸方向に垂直な断面に示す概略断面図であり、図２は、図１に示す磁石埋込型モータの１／８モデルを示す概略断面拡大図である。図３は、図１に示すステータコアの概略斜視図であり、図４は、図１に示すロータコアの概略斜視図である。

図１及び図２に示すように、本例の磁石埋込型モータ１は、ステータ２と、ステータ２の内側に回転自在に配置されたロータ３とを備えている。

ステータ２は、ステータコア２０と、ステータコア２０に巻回された複数のコイル２８とを有している。図３に示すように、ステータコア２０は、アモルファス系軟磁性材料から構成される複数の円環状の金属箔４０がその厚さ方向に積層された積層体である。

ステータコア２０には、図１～図３に示すように、円環状のヨーク（バックヨーク）２２と、ヨーク２２の内周側からロータ３側に延在した複数のティース２３とが形成されている。複数のティース２３は、ヨーク２２の周方向に沿って等間隔に形成されている。コイル２８は各ティース２３に巻回されている。コイル２８は、集中巻又は分布巻によりステータコア２０の内周側で等間隔に配置され、コイル２８が通電されるとロータ３を回転させるための回転磁界が生じる。なお、ヨーク２２は、この磁界の磁路が形成される部分である。また、ステータコア２０に積層された複数の金属箔４０のそれぞれには、ヨーク形成部４２及びティース形成部４３が形成されており、ステータコア２０のヨーク２２及びティース２３は、複数の金属箔４０に形成されたヨーク形成部４２及びティース形成部４３からそれぞれ構成されている。

ロータ３は、ロータコア３０と、ロータコア３０の中央に形成された回転軸方向に貫通する軸孔３１に挿通された回転シャフト４と、ロータコア３０に周方向θに沿って４５°毎に埋設された８つの磁石組１０とを有している。ロータ３では、８つの磁極３Ｐが８つの磁石組１０からそれぞれ構成されている。図４に示すように、ロータコア３０は、ナノ結晶系軟磁性材料から構成される複数の円形状の金属箔６０がその厚さ方向に積層された積層体である。複数の金属箔６０のそれぞれには、中央に軸孔６１が形成されており、ロータコア３０に形成された軸孔３１は、複数の金属箔６０の軸孔６１から構成されている。そして、ナノ結晶系軟磁性材料の飽和磁束密度は、アモルファス系軟磁性材料より０．２Ｔ以上高くなっている。

ロータコア３０には、図１、図２、及び図４に示すように、１つの磁極３Ｐ毎に、ステータ２に向かって磁石の磁束を流す外周部３０Ｐで、径方向Ｒに延在する一対の径方向磁石用孔３２Ｌ、３２Ｒが回転軸方向に貫通するように形成されている。さらに、ロータコア３０には、１つの磁極３Ｐ毎に、一対の径方向磁石用孔３２Ｌ、３２Ｒの外周側端の間に、周方向θに延在する周方向磁石用孔３２Ｐが回転軸方向に貫通するように形成されている。なお、ロータコア３０に積層された複数の金属箔６０のそれぞれには、径方向磁石用孔６２Ｌ、６２Ｒ及び周方向磁石用孔６２Ｐが形成されており、ロータコア３０の径方向磁石用孔３２Ｌ、３２Ｒ及び周方向磁石用孔３２Ｐは、複数の金属箔６０に形成された径方向磁石用孔６２Ｌ、６２Ｒ及び周方向磁石用孔６２Ｐからそれぞれ構成されている。

回転シャフト４は、金属製であり、ロータコア３０の軸孔３１に挿通された状態で、かしめ等（図示せず）によりロータコア３０に固定されている。１つの磁石組１０は、径方向Ｒに延在する一対の径方向磁石５Ｌ、５Ｒと、周方向θに延在する周方向磁石５Ｐと、を含んでいる。図２に示すように、磁石組１０のうち、周方向磁石５Ｐのステータ２に隣接する側がＮ極、その反対側がＳ極である。そして、一対の径方向磁石５Ｌ、５Ｒは、周方向磁石５Ｐとの間で極性が互いに逆になるようにそれぞれ配置されている。すなわち、一対の径方向磁石５Ｌ、５Ｒは、周方向磁石５ＰのＮ極よりもＳ極に近いため、その周方向磁石５Ｐに隣接する側がＮ極になっている。また、ロータ３において、周方向θに隣接する磁極３Ｐの磁石組１０どうしは、図示しないが、一対の径方向磁石５Ｌ、５Ｒ及び周方向磁石５ＰのＮ極及びＳ極が反対になっている。

図１及び図２に示すように、ロータコア３０には、１つの磁極３Ｐ毎に、一対の径方向磁石用孔３２Ｌ、３２Ｒに一対の径方向磁石５Ｌ、５Ｒが埋設されており、周方向磁石用孔３２Ｐに周方向磁石５Ｐが埋設されている。また、一対の径方向磁石用孔３２Ｌ、３２Ｒ内における一対の径方向磁石５Ｌ、５Ｒの径方向の両端側の隙間に樹脂１１が充填されており、周方向磁石用孔３２Ｐ内における周方向磁石５Ｐの周方向の両端側の隙間に樹脂１１が充填されている。

本例の磁石埋込型モータ１では、ステータコア２０は、アモルファス系軟磁性材料から構成される複数の金属箔４０が積層された積層体であり、ロータコア３０は、ナノ結晶系軟磁性材料から構成される複数の金属箔６０が積層された積層体である。そして、ナノ結晶系軟磁性材料の飽和磁束密度は、アモルファス系軟磁性材料より０．２Ｔ以上高くなっている。これにより、ステータコア２０に積層された複数の金属箔４０及びロータコア３０に積層された複数の金属箔６０の両方がアモルファス系軟磁性材料から構成される場合と比較すると、ロータコア３０に積層された複数の金属箔６０がナノ結晶系軟磁性材料から構成される分だけ磁力が向上することで、モータ１の最大トルクを向上できる。また、ステータコア２０の飽和磁束密度がロータコア３０より低くなり、さらに磁石組１０により生じる磁束がロータコア３０内で閉じるように流れ、ステータコア２０へ流れにくくなるので、ステータ２のコイル２８と鎖交する磁束が減少する。この結果、ステータ２のコイル２８で生じる逆起電圧を低減できる。

さらに、逆起電圧が低減されることで、弱め界磁制御を行うためにステータ２のコイル２８に印加する弱め界磁電流を低減できるので、弱め界磁制御に伴うトルクの低下を抑制できる。そして、逆起電圧を低減できることでモータ１の出力を向上でき、弱め界磁電流を低減できることでモータ１の効率を向上できる。

従って、本実施形態の磁石埋込型モータによれば、本例の磁石埋込型モータ１のように、ロータコアを構成する磁性材料の飽和磁束密度がステータコアを構成する磁性材料より０．２Ｔ以上高いことにより、トルクを向上しつつ、逆起電圧を低減することができる。

続いて、本実施形態の磁石埋込型モータについて、各構成を詳細に説明する。

１．ロータ
上記ロータは、ロータコアと、上記ロータコアに周方向に沿って埋設された、複数の磁極をそれぞれ構成する複数の磁石組とを有している。上記ロータコアを構成する磁性材料の飽和磁束密度は、上記ステータコアを構成する磁性材料より０．２Ｔ以上高い。

ここで、ロータコアを構成する磁性材料及びステータコアを構成する磁性材料の飽和磁束密度を測定する方法としては、例えば、ＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて測定する方法等が挙げられる。

ロータコアを構成する磁性材料は、飽和磁束密度がステータコアを構成する磁性材料より０．２Ｔ以上高いものであれば特に限定されないが、例えば、ナノ結晶系軟磁性材料、電磁鋼、及びパーメンジュールから選択される少なくとも一種等が好ましく、中でもナノ結晶系軟磁性材料等が好ましい。

ナノ結晶系軟磁性材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の磁性金属と、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷからなる群から選択される少なくとも１種の非磁性金属とから構成されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ナノ結晶系軟磁性材料の代表的な材料として、例えば、ＦｅＣｏ系合金（例えばＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＶなど）、ＦｅＮｉ系合金（例えばＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉなど）、ＦｅＡｌ系合金又はＦｅＳｉ系合金（例えばＦｅＡｌ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌＳｉＣｒ、ＦｅＡｌＳｉＴｉＲｕ、ＦｅＡｌＯなど）、ＦｅＴａ系合金（例えばＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮなど）、及びＦｅＺｒ系合金（例えばＦｅＺｒＮなど）を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。Ｆｅ系合金の場合にはＦｅは８０ａｔ％以上含まれることが好ましい。

また、ナノ結晶系軟磁性材料の他の材料として、例えば、Ｃｏと、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ及びＹのうち少なくとも１種とを含有するＣｏ合金を用いることができる。Ｃｏ合金中Ｃｏは８０ａｔ％以上含まれることが好ましい。このようなＣｏ合金は、製膜した場合にアモルファスとなり易く、結晶磁気異方性、結晶欠陥及び粒界が少ないため、非常に優れた軟磁性を示す。好適なナノ結晶系軟磁性材料としては、例えばＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＮｂ、及びＣｏＺｒＴａ系合金などを挙げることができる。

ナノ結晶系軟磁性材料では、ナノ結晶とは、Ｘ線回折の回折ピークの半値幅からＳｃｈｅｒｒｅｒの式で算出される結晶子径が１μｍ未満のものをいう。本実施形態において、ナノ結晶の結晶子径（Ｘ線回折の回折ピークの半値幅からＳｃｈｅｒｒｅｒの式で算出される結晶子径）は、好ましくは１００ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以下である。また、ナノ結晶の結晶子径は、好ましくは５ｎｍ以上である。ナノ結晶の結晶子径がこのような大きさであることで、軟磁気特性の向上が見られる。なお、従来の電磁鋼の結晶子径は、μｍオーダーであり、一般的には、５０μｍ以上である。

ナノ結晶系軟磁性材料は、ナノ結晶構造を有し、結晶面の格子間隔に対応する位置に回折ピークが観測される。その回折ピークの幅からＳｃｈｅｒｒｅｒの式を用いて結晶子径を算出することができる。ナノ結晶系軟磁性材料のナノ結晶構造は、アモルファス系軟磁性材料を結晶化開始温度以上に加熱し、結晶化開始温度以上の温度に所定時間維持することにより形成できる。ここで、後述する実施例からも明らかなように、ナノ結晶系軟磁性材料の飽和磁化は、アモルファス系軟磁性材料のものよりも高い。

ロータコアを構成する磁性材料がナノ結晶系軟磁性材料である場合には、ロータコアは、特に限定されないが、例えば、図１に示すロータコア３０のように、ナノ結晶系軟磁性材料から構成される金属箔が積層されたもの等が好ましい。ナノ結晶系軟磁性材料から構成される金属箔の厚みは、例えば、０．０１ｍｍ～０．０５ｍｍの範囲内が好ましい。この範囲の上限以下にすることにより、モータ使用時の損失を抑制できるからである。

電磁鋼としては、例えば、ケイ素鋼等が挙げられる。ロータコアを構成する磁性材料が電磁鋼である場合には、ロータコアは、特に限定されないが、例えば、電磁鋼板（例えば、ケイ素鋼板等）が積層されたもの等が好ましい。電磁鋼板の厚みは、例えば、０．１ｍｍ～０．５ｍｍの範囲内である。

パーメンジュールとしては、例えば、Ｆｅ－４９Ｃｏ－２Ｖ等が挙げられる。ロータコアを構成する磁性材料がパーメンジュールである場合には、ロータコアは、特に限定されないが、例えば、パーメンジュールから構成される軟磁性粉末を含む磁心用粉末を加圧成形されたもの、及びパーメンジュールから構成される金属板が積層されたもの等が挙げられる。

複数の磁石組は、ロータコアに周方向に沿って埋設されたものであれば特に限定されないが、通常、図１に示す８つの磁石組１０のように、ロータコアに周方向に沿って等間隔に埋設されている。

ロータコアは、１つの磁極毎に磁石組を埋設する磁石用孔が形成されたものであれば特に限定されないが、例えば、図１に示すロータコア３０のように、１つの磁極毎に、磁石用孔として、外周部で径方向に延在する一対の径方向磁石用孔、及び一対の径方向磁石用孔の外周側端の間に周方向に延在する周方向磁石用孔が形成されたロータコア等が挙げられる。ここで、「外周部」とは、図２に示す外周部３０Ｐのように、ロータコアにおけるステータに向かって磁石の磁束を流す外周側の領域を指す。

磁石組は、特に限定されないが、例えば、図１に示す磁石組１０のように、一対の径方向磁石用孔に埋設された一対の径方向磁石、及び周方向磁石用孔に埋設された周方向に延在する周方向磁石を含む磁石組等が挙げられる。なお、磁石組に含まれる磁石は永久磁石である。磁石の形状は、特に限定されないが、例えば、図１に示す一対の径方向磁石５Ｌ、５Ｒ及び周方向磁石５Ｐのように、回転軸方向から平面視した場合の平面形状が長辺と短辺とを有する矩形状であり、かつ側面形状が長辺と短辺とを有する矩形状である直方体等が挙げられる。

永久磁石としては、例えば、ネオジムと鉄とホウ素を主成分とするネオジム磁石やサマリウムとコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石の他、フェライト磁石、アルニコ磁石等が挙げられる。

ロータでは、図１に示すロータ３のように、径方向磁石用孔内における径方向磁石の両端側の隙間に樹脂が充填されていてもよい。同様に、周方向磁石用孔内における周方向磁石の両端側の隙間に樹脂が充填されていてもよい。樹脂としては、例えば、成形性と耐熱性に優れた熱硬化性樹脂等が挙げられる。この熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等が挙げられる。

また、ロータでは、ロータコアに積層された金属板（例えば、ナノ結晶系軟磁性材料から構成される金属箔、電磁鋼板、又はパーメンジュールから構成される金属板等）間に耐熱性樹脂等の接着層が配置されていてもよいが、金属板の積層状態を維持することができるのであれば、接着層が配置されていなくてもよい。耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂等が挙げられる。この熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、又はアクリル系樹脂等が挙げられる。

２．ステータ
上記ステータは、ステータコアと、上記ステータコアに巻回されたコイルとを有している。

ステータコアを構成する磁性材料は、飽和磁束密度がロータコアを構成する磁性材料より０．２Ｔ以上低いものであれば特に限定されないが、例えば、アモルファス系軟磁性材料等が好ましい。

アモルファス系軟磁性材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の磁性金属と、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷからなる群から選択される少なくとも１種の非磁性金属とから構成されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

アモルファス系軟磁性材料の代表的な材料として、例えば、ＦｅＣｏ系合金（例えばＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＶなど）、ＦｅＮｉ系合金（例えばＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉなど）、ＦｅＡｌ系合金又はＦｅＳｉ系合金（例えばＦｅＡｌ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌＳｉＣｒ、ＦｅＡｌＳｉＴｉＲｕ、ＦｅＡｌＯなど）、ＦｅＴａ系合金（例えばＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮなど）、及びＦｅＺｒ系合金（例えばＦｅＺｒＮなど）を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。Ｆｅ系合金の場合にはＦｅは８０ａｔ％以上含まれることが好ましい。

また、アモルファス系軟磁性材料の他の材料として、例えば、Ｃｏと、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ及びＹのうち少なくとも１種とを含有するＣｏ合金を用いることができる。Ｃｏ合金中Ｃｏは８０ａｔ％以上含まれることが好ましい。このようなＣｏ合金は、製膜した場合にアモルファスとなり易く、結晶磁気異方性、結晶欠陥及び粒界が少ないため、非常に優れた軟磁性を示す。好適なアモルファス系軟磁性材料としては、例えばＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＮｂ、及びＣｏＺｒＴａ系合金などを挙げることができる。

アモルファス系軟磁性材料は、主構造としてアモルファス構造を有する軟磁性材料である。アモルファス構造の場合には、Ｘ線回折パターンには明瞭なピークは見られず、ブロードなハローパターンのみが観測される。

ステータコアを構成する磁性材料がアモルファス系軟磁性材料である場合には、ステータコアは、特に限定されないが、例えば、アモルファス系軟磁性材料から構成される金属箔が積層されたもの等が好ましい。アモルファス系軟磁性材料から構成される金属箔の厚みは、例えば、０．０１ｍｍ～０．０５ｍｍの範囲内が好ましい。この範囲の上限以下にすることにより、モータ使用時の損失を抑制できるからである。

コイルは、通電されるとロータを回転させるための回転磁界を生じさせるものであれば特に限定されず、図１に示すコイル２８のように、分布巻又は集中巻によりステータコアの内周側で等間隔に配置されたコイル等が挙げられる。

３．磁石埋込型モータ及びその製造方法
磁石埋込型モータとしては、上記ステータと、上記ステータの内側に回転自在に配置された上記ロータとを備える磁石埋込型モータであれば特に限定されないが、例えば、ロータコアを構成する磁性材料が、ナノ結晶系軟磁性材料、電磁鋼、及びパーメンジュールから選択される少なくとも一種であり、ステータコアを構成する磁性材料がアモルファス系軟磁性材料であるモータ等が好ましい。ロータコアを構成する磁性材料の飽和磁束密度がステータコアを構成する磁性材料より０．２Ｔ以上高い条件を満たし易いからである。これらのモータ等の中でも、磁石埋込型モータとしては、図１に示す磁石埋込型モータ１のように、ロータコアを構成する磁性材料がナノ結晶系軟磁性材料であるモータ等が好ましい。ロータコア及びステータコアを同一のアモルファス系軟磁性材料から作製できるため、モータの生産性を向上でき、コストを低減できるからである。なお、磁石埋込型モータは、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動源として用いられる。

磁石埋込型モータの製造方法は、本実施形態の磁石埋込型モータを製造できる製造方法であれば特に限定されないが、例えば、ロータコアに応じた形状を有する複数のロータ用金属板であって、複数の磁石用孔が周方向に沿って形成された複数のロータコア用金属板を準備するロータコア用金属板準備工程と、ステータコアに応じた形状を有する複数のステータコア用金属板を準備するステータコア用金属板準備工程と、回転軸方向から平面視した場合の複数の磁石用孔の位置が互いに一致するように複数のロータコア用金属板をその厚さ方向に積層することで、複数の磁石用孔が周方向に沿って形成されたロータコアを作製した後に、ロータコアの複数の磁石用孔に複数の磁石組をそれぞれ埋設することでロータを作製するロータ作製工程と、複数のステータコア用金属板を積層することでステータを作製するステータ作製工程と、を備え、ロータコア用金属板を構成する磁性材料の飽和磁束密度は、ステータコア用金属板を構成する磁性材料より０．２Ｔ以上高い製造方法等が挙げられる。なお、ロータコア用金属板としては、例えば、ナノ結晶系軟磁性材料から構成される金属箔、電磁鋼板、又はパーメンジュールから構成される金属板等が好ましい。また、ステータコア用金属板としては、アモルファス系軟磁性材料から構成される金属箔等が好ましい。

磁石埋込型モータの製造方法としては、例えば、ロータコア用金属板準備工程において、アモルファス系軟磁性材料から構成される金属箔を加熱することでナノ結晶系軟磁性材料から構成される金属箔に変質させることにより、ナノ結晶系軟磁性材料から構成される金属箔をロータコア用金属板として準備し、ステータコア用金属板準備工程において、アモルファス系軟磁性材料から構成される金属箔をステータコア用金属板として準備する方法が好ましい。ロータコア及びステータコアを同一のアモルファス系軟磁性材料から構成される金属箔から作製できるため、モータの生産性を向上でき、コストを低減できるからである。

アモルファス系軟磁性材料から構成される金属箔を加熱することでナノ結晶系軟磁性材料から構成される金属箔に変質させる方法としては、金属箔を結晶化開始温度以上の温度に加熱し、結晶化開始温度以上の温度に所定時間維持する方法であれば特に限定されないが、例えば、金属箔を結晶化開始温度以上化合物析出開始温度未満の温度に加熱し、結晶化開始温度以上化合物析出開始温度未満の温度に所定時間維持する方法が好ましい。軟磁気特性を劣化させる化合物の析出を抑制できるからである。このような方法としては、例えば、４３０℃に加熱し、４３０℃に５秒間維持する方法等が挙げられる。ここで、「結晶化開始温度」とは、アモルファス系軟磁性材料から構成される金属箔を加熱した場合にその結晶化が開始する温度を意味する。また、「化合物析出開始温度」とは、結晶化開始後の金属箔をさらに加熱した場合に、例えば、Ｆｅ_２Ｂ等のような副生成物の化合物の析出が開始する温度を意味する。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明に係る実施形態をさらに具体的に説明する。

［実施例１］
図１～図４に示す磁石埋込型モータの解析モデルを作製した。下記表１に示すように、ステータコアの全体にアモルファス系軟磁性材料の物性値を付与し、ロータコアの全体にナノ結晶系軟磁性材料の物性値を付与した。なお、解析モデルに使用するアモルファス系軟磁性材料およびナノ結晶系軟磁性材料の物性値は、予め測定した飽和磁束密度等の物性値である。図５は、アモルファス系軟磁性材料、ナノ結晶系軟磁性材料、電磁鋼、及びパーメンジュールの飽和磁束密度の値を示すグラフである。下記表２には、アモルファス系軟磁性材料、ナノ結晶系軟磁性材料、電磁鋼、及びパーメンジュールの飽和磁束密度の値を示した。

［実施例２］
下記表１に示すように、ロータコアの全体に電磁鋼の物性値を付与した点を除き、実施例１と同様の解析モデルを作製した。なお、解析モデルに使用する電磁鋼の物性値は、予め測定した飽和磁束密度等の物性値である。

［実施例３］
下記表１に示すように、ロータコアの全体にパーメンジュールの物性値を付与した点を除き、実施例１と同様の解析モデルを作製した。なお、解析モデルに使用するパーメンジュールの物性値は、予め測定した飽和磁束密度等の物性値である。

［比較例］
下記表１に示すように、ロータコアの全体にアモルファス系軟磁性材料の物性値を付与した点を除き、実施例１と同様の解析モデルを作製した。なお、解析モデルに使用するアモルファス系軟磁性材料の物性値は、予め測定した飽和磁束密度等の物性値である。

［逆起電圧及び最大トルクの評価］
実施例１～３及び比較例の解析モデルを用いて、ロータの回転数が最高回転数である時の逆起電圧、及び最大トルクを計算した。図６は、実施例１～３及び比較例の逆起電圧を示すグラフであり、図７は、実施例１～３及び比較例の最大トルクを示すグラフである。

図６及び図７に示されるように、実施例１～３のいずれにおいても、従来例の比較例と比較して、逆起電圧が低減し、最大トルクが向上した。実施例１～３においては、ロータコアの材料の飽和磁束密度が大きくなるほど、逆起電圧が大きく低減し、最大トルクが大きく向上した。

以上、本発明に係る実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１ 磁石埋込型モータ
２ ステータ
２０ ステータコア
２８ コイル
４０ アモルファス系軟磁性材料から構成される金属箔
３ ロータ
３０ ロータコア
３０Ｐ 外周部
６０ ナノ結晶系軟磁性材料から構成される金属箔
３Ｐ 磁極
１０ 磁石組
５Ｌ、５Ｒ 径方向磁石
５Ｐ 周方向磁石

Claims (1)

1. ステータと、前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを備える磁石埋込型モータであって、
   前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻回されたコイルとを有し、
   前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに周方向に沿って埋設された、複数の磁極をそれぞれ構成する複数の磁石組とを有し、
   前記ロータコアを構成する磁性材料の飽和磁束密度は、前記ステータコアを構成する磁性材料より０．２Ｔ以上高く、
   前記ロータコアを構成する磁性材料はパーメンジュールであり、前記ステータコアを構成する磁性材料はアモルファス系軟磁性材料であることを特徴とする磁石埋込型モータ。

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