JP7263698B2

JP7263698B2 - 永久磁石及びモータ

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Publication number: JP7263698B2
Application number: JP2018101821A
Authority: JP
Inventors: 淳萩原; 晃司三竹; 信岩崎; 敏浩黒嶋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2038-05-28
Also published as: JP2019208306A; CN110544570A

Description

本発明は、永久磁石及びモータに関する。

回転子に対して永久磁石が埋め込まれた磁石埋め込み型モータでは、回転子の回転時に発生する反磁界によって永久磁石が減磁する可能性がある。これに対して、例えば、特許文献１では、重希土類元素を磁石の表面に付着させ、加熱処理により重希土類元素を内部へ拡散させることで、磁石の一部に重希土類元素が拡散している領域を形成することで、保磁力の異なる領域を有する磁石を形成する技術が開示されている。

特開２０１２－４１４７号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術において、磁石の保磁力を高めるために用いられている重希土類元素は基本的に高価であるためにコストが増大する。また、加熱処理等の重希土類元素の拡散に係る作業コストも発生する。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、低コストで製造可能であると共に、回転子の回転時の局所的な減磁を抑制可能な永久磁石及びこの永久磁石が適用されたモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る永久磁石は、モータの回転子に取り付けられる永久磁石であって、凹凸を有する１つの永久磁石により構成され、前記回転子に取り付けた際に前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する。

また、本発明の一形態に係るモータは、複数の磁石挿入孔を有する回転子と、前記複数の磁石挿入孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、を有し、前記永久磁石のうちの一部は、凹凸を有し、前記回転子に取り付けた際に前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する。

上記の永久磁石及びモータによれば、永久磁石の厚さが大きい領域を一方の端部側に形成することで、永久磁石の表面磁束を制御することができる。したがって、永久磁石のうちの一方の端部側に厚さが大きな領域を設けると、この永久磁石を回転子に取り付けた際に、回転子の回転時に発生し得る局所的な減磁を抑制することができる。また、上記の永久磁石は、凹凸を有する１つの永久磁石により構成されているため、取り扱い性に優れる。

ここで、前記永久磁石を前記回転子に取り付けた際に、前記回転子の外方側に配置される前記永久磁石の主面の一部が突出することで、前記厚さが大きい領域が形成される態様とすることができる。

永久磁石は、回転子の外方側で回転時に反磁界により局所的な減磁の影響を受けやすい。そこで、回転子の外方側の主面の一部が突出する構成とすることで、回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。

また、前記厚さが大きい領域は、前記永久磁石の一対の主面の少なくとも一方の主面に設けられた凹凸により形成される態様とすることができる。

上記のように少なくとも一方の主面に凹凸を設けることで、厚さが大きい領域を形成し、永久磁石の表面積を大きくすることができる。このため、放熱効果が高められ、回転子の回転時に発生し得る局所的な減磁を抑制することができる。

また、上記のモータにおいて、前記複数の磁石挿入孔は、前記回転子の回転軸の周りに周期的に配置されて、前記複数の磁石挿入孔のうちの１以上の連続する磁石挿入孔に挿入される永久磁石により、前記回転子の磁極が構成され、前記磁極を構成する永久磁石のうち、前記回転子の回転方向に対して後方側の端部に配置される永久磁石が、前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する態様とすることができる。

回転子に取り付けられて磁極を構成する永久磁石のうち、回転方向に対する後方側の端部の永久磁石が、回転時の局所的な減磁の影響を受けやすい。そこで、回転方向に対する後方側の端部の永久磁石が、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する構成とすることで、回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。

また、上記のモータにおいて、前記複数の磁石挿入孔は、前記回転子の回転軸の周りに周期的に配置されて、前記複数の磁石挿入孔のうちの２つの連続する磁石挿入孔に挿入される２つの永久磁石により、前記回転子の磁極が構成され、前記磁極を構成する前記２つの永久磁石は、仮想線に対して対称に配置され、前記２つの永久磁石は、前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、前記仮想線から遠い方の端部側に、他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する。

上記のように、仮想線に対して対称に配置されて同一の磁極を構成する２つの永久磁石のそれぞれが、回転子の回転軸に対して直交する断面において、仮想線から遠い方の端部側に、他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する構成とすることで、回転子の回転方向によらず回転方向に対する後方側の端部において発生する可能性のある回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。

本発明によれば、低コストで製造可能であると共に、回転子の回転時の局所的な減磁を抑制可能な永久磁石及びこの永久磁石が適用されたモータが提供される。

本発明の一実施形態に係るモータの概略平面図である。永久磁石の構成を説明する概略斜視図である。図１の一部を拡大した図である。永久磁石の製造方法の一例を説明するフロー図である。溝部を設けることにより永久磁石の表面に生じる磁束の変化を評価した結果を示している。永久磁石の変形例を示す図である。永久磁石の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更をすることが可能である。

まず、実施形態に係るモータ１の構成について、図１を参照しつつ説明する。

図１に示すように、モータ１は、固定子２（ステータ）と、固定子２の内部に回転自在に配置された回転子３（ロータ）と、回転子３のコア７と連結したシャフト８とを備えて構成されている。モータ１は、回転子３の内部に永久磁石４を埋め込まれた、所謂磁石埋め込み型モータ（ＩＰＭモータ）である。

固定子２は、鉄心５と、鉄心５に巻装された複数の巻線６とから構成される。巻線６は固定子２の内周面で等間隔に所定数配置され、巻線６への通電により、回転子３を回転させるための回転磁界を発生させる。

回転子３は、コア７と、コア７に設けられた複数の磁石挿入孔９（スロット）と、複数の磁石挿入孔に収容されて固定された複数の永久磁石４とから構成される。

コア７は、薄板状の電磁鋼板等の積層体からなる。コア７の中心部分に軸穴が形成され、この軸穴に回転子３の回転軸となるシャフト８が嵌合される。コア７の外周付近には、コア７の軸（回転子３の回転軸に対応する）周りに周期的に並んだ複数対（図１では４対）の磁石挿入孔９が設けられている。磁石挿入孔９の各対は、コア７の軸から延びる仮想線Ａ（図３参照）に対して対称的に配置されている。仮想線Ａに対して対照的に配置される２つ（１対）の磁石挿入孔９に収容される２つの永久磁石４は、コア７の外方側が同一極となるように配置されて、１極を構成している。図１に示すモータ１の場合、回転子３の極数は４である。

磁石挿入孔９には、図２に示される永久磁石４が収容される。図２（Ａ）は、永久磁石４の斜視図であり、図２（Ｂ）は、永久磁石４の平面図である。本実施形態では、磁石挿入孔９の形状は、挿入される磁石の形状に対応している。ただし、磁石挿入孔９の形状は、少なくとも永久磁石４を内部に収容可能であればよく、適宜変更することができる。したがって、例えば、磁石挿入孔９にはフラックスバリアとなる空間が形成されていてもよい。また、磁石冷却のための冷媒を通す空間ないしは流路が形成されていてもよい。なお、説明のために、図２ではＸＹＺ直交座標系を示している。

永久磁石４は、図２に示すように、概略長方形平板状とされているが後述の通り凹凸を有する。本実施形態における「板状」の磁石とは、対向配置する主面が互いに略平行である磁石である。また、永久磁石４は、一対の主面４ａ，４ｂのうち、一方側の主面４ａに溝部４１が形成されている。溝部４１は、永久磁石４の長辺方向（Ｘ軸方向）の中央付近において、回転子の軸線方向（Ｚ軸方向）に沿って延びている。

永久磁石４の大きさは回転子の外径、極数等によって適宜選定される。永久磁石４は、例えば、長辺長さ（Ｘ軸方向長さ）は３ｍｍ～７０ｍｍの範囲であり、厚さ（Ｙ軸方向長さ）は１ｍｍ～４０ｍｍの範囲である。

また、溝部４１は、例えば、幅Ｌ１（Ｘ軸方向長さ）は、１ｍｍ～６９ｍｍの範囲であり、深さＬ２（Ｙ軸方向長さ）は、１ｍｍ～３６ｍｍの範囲である。溝部４１の幅Ｌ１は、永久磁石４の長辺方向（Ｘ軸方向）に沿って見たときに、永久磁石４の長辺方向の長さに対して３％～９７％の範囲とされる。また、溝部４１の深さＬ２は、永久磁石４の厚さに対して３％～９０％の範囲とされる。

また、永久磁石４では、溝部４１が設けられることで、溝部４１が形成されている領域と比較して、厚さ（Ｙ軸方向長さ）方向で永久磁石４の厚さが大きくなる凸部領域４２が形成される。永久磁石４では、凸部領域４２は、長辺方向（Ｘ軸方向）において永久磁石４の両端に設けられ、それぞれ、回転子の軸線方向（Ｚ軸方向）に沿って延びる。このように、本実施形態に係る永久磁石４は、永久磁石４の厚さが互いに異なる領域を有している。また、永久磁石４は、断面（ＸＹ平面に平行な面）形状としては、両端部に凸部領域４２が形成された凹型状となっている。

図３は、図１の一部拡大図である。上記の永久磁石４は、回転子３のコア７に設けられた磁石挿入孔９に収容されることで、図３に示すように配置される。なお、図３では、磁石挿入孔９を省略している。

永久磁石４は、コア７の軸から延びる仮想線Ａに対して対照的に配置されている。より具体的には、永久磁石４は、長辺から延長された直線と仮想線Ａとがなす角が所定の角度（例えば、４５°～８５°程度であるが、特に限定されない）だけ傾いた状態で、対照的に配置されている。このように、永久磁石４は、図２における上方（Ｙ軸正側）がコア７の外周側を向くように磁石挿入孔９に収容される。また、磁石挿入孔９に収容された場合、永久磁石４における回転子３（コア７）の回転軸に対して直交する断面とは、図２における永久磁石４のＸＹ平面に平行な断面となる。

この結果、図３に示すように、一対の永久磁石４は、仮想線Ａから遠い側（回転子３の外周に近い側）の両端部、および、仮想線Ａから近い側（回転子３の内周に近い側）の両端部、の双方において、永久磁石４の厚さ（コア７の主面上で永久磁石４の長辺の延在方向に沿って見たときの永久磁石４の幅）が大きくなっている。

永久磁石４は、適宜、磁石挿入孔に充填剤を充填することで、磁石挿入孔内に固定することができる。充填剤としては、熱硬化性樹脂を用いることができ、たとえばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。ただし、磁石挿入孔に収納された永久磁石４が磁石挿入孔に対して固定された状態となるのであれば、必ずしも充填剤を用いる必要はない。

上記の回転子３に取り付けられる複数の永久磁石４は同じ材料で構成された永久磁石とすることができる。本実施形態に係る永久磁石４は、希土類磁石、フェライト磁石及びアルニコ磁石等から適宜選択することができる。永久磁石４の種類は特に限定されないが、焼結磁石である場合、後述の通り、より簡便な方法で上記の永久磁石４を製造することができる。ただし、永久磁石４としてボンド磁石を用いてもよい。また、複数の永久磁石４は、互いに異なる材料の磁石であってもよい。

また、永久磁石４としては、例えば、希土類系永久磁石を用いることができる。希土類系永久磁石としては、例えば、Ｒ－Ｔ－Ｂ系永久磁石とすることができる。また、その中でも、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石とすることができる。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ結晶から成る粒子（結晶粒子）および粒界を有する。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＲは、希土類元素の少なくとも１種を表す。希土類元素とは、長周期型周期表の第３族に属するＳｃとＹとランタノイド元素とのことをいう。ランタノイド元素には、例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等が含まれる。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＴは、Ｆｅ、あるいはＦｅおよびＣｏを表す。さらに、その他の遷移金属元素から選択される１種以上を含んでいてもよい。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＢは、ホウ素（Ｂ）、あるいは、ホウ素（Ｂ）および炭素（Ｃ）を表す。

本実施形態に係るＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、ＣｕまたはＡｌ等を含んでいてもよい。これらの元素の添加により、高保磁力化、高耐食性化、または磁気特性の温度特性の改善が可能となる。

さらに、本実施形態に係るＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、重希土類元素としてＤｙ、Ｔｂ、またはその両方を含んでいてもよい。重希土類元素は、結晶粒子及び粒界に含まれていてもよい。重希土類元素が、結晶粒子に実質的に含まれない場合は、粒界に含まれることが好ましい。粒界における重希土類元素の濃度は、結晶粒子における濃度より高いことが好ましい。本実施形態に係るＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、重希土類元素が粒界拡散されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石であってもよい。重希土類元素を粒界拡散したＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、粒界拡散しないＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石と比較して、より少量の重希土類元素で残留磁束密度および保磁力を向上させることができる。なお、本実施形態に係る永久磁石４として重希土類元素が粒界拡散されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を用いる場合、重希土類元素が磁石の一部分に粒界拡散されたものではなく、磁石の全体に粒界拡散されたものを使用することができる。このような構成とすることで、生産性が向上すると共に、コストが低下する。

また、本実施形態に係る永久磁石４がＲ－Ｔ－Ｂ系永久磁石である場合、Ｒ－Ｔ－Ｂ系永久磁石は、上記のように焼結を行うことにより製造されるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石に限定されない。例えば、焼結の代わりに熱間成型および熱間加工を行い製造されるＲ－Ｔ－Ｂ系永久磁石であってもよい。

室温にて原料粉末を成型することにより得られる冷間成型体に対して、加熱しながら加圧する熱間成型を行うと、冷間成型体に残存する気孔が消滅し、焼結によらずに緻密化させることができる。さらに、熱間成型により得られた成型体に対して熱間加工として熱間押出し加工を行うことにより、所望の形状を有し、かつ、磁気異方性を有するＲ－Ｔ－Ｂ系永久磁石を得ることができる。

次に、上記の回転子３に使用される永久磁石３３の製造方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、永久磁石３３の製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、図４では、永久磁石３３が希土類焼結磁石である場合について説明するが、フェライト焼結磁石の場合にも同様の方法で製造することができる。

まず、本実施形態に係る組成物の原料となる金属微粉末（原料粉末）と樹脂とを用意する（ステップＳ１１）。樹脂は、熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、たとえばポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリアセタール、ＥＶＡ樹脂、ＡＳ樹脂およびＡＢＳ樹脂等が用いられる。なお、ワックスや可塑剤などの添加剤を必要に応じて使用してもよい。

次に、樹脂を混練機に投入する（ステップＳ１２）。混練機としては、例えば、プラネタリーミキサーまたは加圧ニーダーなどの密閉バッチ式混練機が用いられる。上記の混練機の混練容器に対して樹脂を投入する。

そして、樹脂を加熱するとともに混練容器内を撹拌することで樹脂を加熱溶融させる（ステップＳ１３）。加熱溶融の条件に特に限定はなく、樹脂の種類などにより決定される。なお、樹脂を加熱溶融する前に、混練容器の内部を、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気にすることが好ましい。低酸素雰囲気にする方法に限定はないが、真空ポンプを用いた真空引きおよび不活性ガスの導入等を併用する方法が挙げられる。なお、混練容器内部に投入される樹脂の形状について特に限定はなく、例えば樹脂ペレットの形態で投入することができる。また、樹脂の量については特に制限はないが、金属微粉末を１００質量％とした場合に３質量％～１５質量％とすることができる。

混練機による樹脂の加熱溶融中に、混練容器の内部の雰囲気を真空引きし、樹脂の脱泡処理を行う（ステップＳ１４）。脱泡処理する方法に特に限定はないが、真空ポンプ等を用いた真空引きにより混練容器の内部を減圧する方法が挙げられる。また、減圧された混練容器の内部不活性ガスのフローを併用してもよい。加熱溶融後から混練容器内を低酸素雰囲気にする場合、加熱溶融前と同じ方法を用いて低酸素雰囲気にしてもよく、異なる方法を用いて低酸素雰囲気にしてもよい。

次に、金属微粉末を混練容器の内部に投入する（ステップＳ１５）。金属微粉末は周囲の空気に含まれる酸素により酸化されやすいので、予め内部を低酸素雰囲気にした投入用ポット等を利用して、酸化を防ぐ構成としてもよい。

金属微粉末を混練機の混練容器内部に投入後、混練容器内部の加熱を継続するとともに混練容器内を溶融した樹脂とともに撹拌することにより加熱および混練を行い（ステップＳ１６）、射出成形用組成物（金属粉末含有樹脂成形体用組成物）を得る。加熱温度および混練時間に限定はないが、たとえば１００℃～２５０℃で５分～１８０分、混練することが好ましい。

次に、上述した本実施形態の製造方法により得られた混練後の射出成形用組成物（金属粉末含有樹脂成形体用組成物）を射出成形機へ投入し、配向磁場中で射出成形する（ステップＳ１７）。脱脂（脱バインダ）工程（ステップＳ１８）および焼結工程（ステップＳ１９）を経ることによって、希土類焼結磁石を製造することができる。射出成形工程、脱脂工程および焼結工程の条件について特に限定はない。

射出成形工程は、成形金型に配向磁場を印加しながら射出成形用組成物（金属粉末含有樹脂成形体用組成物）を射出することにより行う。配向磁場を印加することにより成形体に磁気異方性を持たせることができる。射出成形工程における配向磁場の磁界強度や印加時間などには特に制限は無い。

脱脂工程は、射出成形により得られた成形体を、真空、不活性ガスフロー、不活性ガス減圧、あるいは水素フロー等の雰囲気下で加熱することにより行う。脱脂工程における加熱温度および加熱時間には特に制限は無い。脱脂工程における雰囲気ガスの酸素濃度は、例えば、５ｐｐｍ以下とすることができる。

焼結工程は、脱脂工程により得られた成形体を真空、不活性ガスフロー、不活性ガス減圧等の雰囲気下で加熱することにより行う。焼結温度および焼結時間に特に制限は無く、金属微粉末の種類などに応じて決定される。その後必要に応じて時効処理を行う。

上記の方法により、希土類焼結磁石を得ることができる。希土類焼結磁石の酸素量が２０００ｐｐｍ以下である場合、焼結密度が９９．０％以上の希土類焼結磁石を得ることができる。酸素量２０００ｐｐｍ以下且つ焼結密度９９．０％以上の希土類焼結磁石は、非常に優れた特性を持つことが可能である。

なお、上記の手順は一例である。永久磁石３３を製造する方法は上記の方法に限定されない。したがって、例えば、焼結した後の磁石に対して凹部の形成加工を後から施すことによって永久磁石３３を製造してもよい。

上記で説明した通り、本実施形態に係る永久磁石４は、一方の端部側に、他の領域よりも厚みが大きい領域を有する。永久磁石４の場合には、断面（ＸＹ平面に平行な面）で見たときの両端部に凸部領域４２を有している。その結果、凸部領域４２は、他の領域（溝部４１が形成された領域）と比べて厚くなっている。換言すると、回転子３の回転軸に対して直交する断面（コア７の主面と平行な断面）において、一方の端部側に厚い領域を有する。このような構成を有することで、減磁しやすい領域での減磁を抑制することができる。

永久磁石が取り付けられるモータでは、回転子が回転することで部分的磁石の磁化方向とは逆向きの磁界（逆磁界）がかかる。逆磁界がかかる領域は、永久磁石の配置等によって変わるが、回転子の回転方向に対して後方側（回転方向とは逆側）の端部に逆磁界がかかる。例えば、図３で示す矢印Ｒが回転子３の回転方向であるとすると、図３で示す２つの永久磁石４のうち、右側の永久磁石４の右側端部付近に逆磁界がかかると考えられる。このように、逆磁界が生じる領域では永久磁石の減磁が発生することが懸念される。これに対して、従来は、磁石材料に重希土類元素を含有させること等、材料の保磁力を高めることで、減磁を防いでいた。しかしながら、重希土類元素は高価であり、磁石の材料コストが増大してしまう。この点を鑑みて、加熱処理による拡散等を利用して一部領域にのみ重希土類元素を含有させるこことも検討されているが、依然として重希土類元素を含有させるための材料コストが高価となると共に、加熱処理が必要となるため、永久磁石の製造コストを十分に抑制できるとはいえなかった。

一方、本実施形態に係る永久磁石４では、両端側に凸部領域４２を有する。すなわち、回転子３の回転軸に対して直交する断面における永久磁石４の厚さが大きい領域を、少なくとも、一方の端部側に形成することで、永久磁石４のパーミアンス係数を調整することができる。パーミアンス係数は、磁石の磁化方向の厚さと、磁石の磁化方向に対して垂直な方向の磁石の幅（図２において、磁化方向がＹ軸方向である場合の、Ｘ軸方向の長さ）との比に応じて変わるものである。また、磁石においてパーミアンス係数が小さい領域は、逆磁界等の影響を受けて減磁しやすい。そこで、永久磁石４では、永久磁石４のうちの逆磁界を受けやすい一方の端部側に厚さが大きな領域（凸部領域４２）を設けることで、この永久磁石４を回転子３に取り付けた際に、回転子３の回転時に発生し得る局所的な減磁を抑制することができる。すなわち、逆磁界がかかりやすい領域に、永久磁石４のうち厚さが大きな領域を配置することで、当該領域における減磁を抑制することができる。

また、溝部４１および凸部領域４２を有する永久磁石４において厚さが大きい領域を設けることで、永久磁石４の表面の磁束を凸部領域４２に集中させることができる。その結果、当該領域において減磁を抑制することができる。

図５は、溝部４１を設けることにより永久磁石４の表面に生じる磁束の変化を評価した結果を示している。図５では、永久磁石４の長辺方向に沿ってホール素子を移動させた場合に、ホール素子が検出する永久磁石４の表面（主面４ａ側の表面）の磁束密度を測定した際の磁束密度の変化の大きさを示している。永久磁石４としては、長辺方向（Ｘ軸方向）の長さが１４ｍｍであって、厚さが４ｍｍのものを用いている。また、溝部は、半円形状で、長辺方向の中央を含み、所定の幅を有し且つ深さが幅の半分のものを、主面４ａまたは主面４ｂに形成した。溝部の幅を１．０ｍｍ～４．０ｍｍの間で１．０ｍｍずつ変化させ、相当する溝部の深さを０．５ｍｍ～２ｍｍの間で０．５ｍｍずつ変化させた場合に、端部と中央部との間での磁束密度の強度差を測定した。

まず、永久磁石４に溝部を形成しない場合には、端部と中央部との間での磁束密度の強度差が少ないことが確認された。一方、溝部４１を大きくしていくと、端部（溝部が形成されていない凸部領域）と中央部（溝部が形成される領域）との間で磁束密度の強度差が大きくなる。特に、ホール素子を移動させる主面４ａ側に溝部４１を形成した場合には、溝部４１の幅が大きくなるにつれて磁束密度の強度差が大きくなることが確認された。なお、ホール素子を移動させる主面４ａ側とは逆側の主面４ｂに溝部４１を形成した場合にも、溝部４１の幅が大きくなるにつれて磁束密度の強度差が大きくなることが確認された。ただし、主面４ａ側に設けた場合と比較して、磁束密度の強度差は小さくなった。

このように、溝部４１を設けることで、永久磁石４の表面の磁束密度を制御することができ、特に凸部領域（溝部４１が設けられない領域）での磁束密度を高めることができる。そのため、減磁を抑制することが可能となる。

なお、溝部４１の幅Ｌ１は、永久磁石４の長辺方向（Ｘ軸方向）に沿って見たときに、永久磁石４の長辺方向の長さに対して３％～９７％であると、磁束の集中による減磁の抑制効果がさらに高められる。また、溝部４１の深さＬ２は、永久磁石４の厚さに対して３％～９０％の範囲とされる。深さＬ２を上記の範囲とすることで、磁束の集中による減磁の抑制効果がさらに高められる。ただし、溝部４１を大きくしすぎると、減磁抑制の効果が高められる一方で、永久磁石４全体の体積が小さくなり、磁力が不十分となる可能性がある。したがって、上記の範囲とすることで、永久磁石としての機能を発揮しつつ、減磁の抑制効果が高められる。

また、上記の永久磁石４は、従来の凸部領域４２を有しない平板状の永久磁石と比較して、表面積が大きくなる。そのため、冷却用の冷媒等との接触面積が大きくなり、放熱効果が高められる。永久磁石４が取り付けられる回転子３およびモータ１は、高温になりやすいため、永久磁石４も高温になる可能性が考えられる。特に、逆磁界が生じる領域は、温度上昇が激しい領域にもなり得る。これに対して、永久磁石４は、溝部４１および凸部領域４２を有することで、表面積が大きくされているため、永久磁石４の周囲に満たされるオイル等の冷媒による冷却効果が高められて、温度上昇が抑制される。また、温度上昇が抑制されることで、上記の減磁の抑制効果も高められる。さらに、永久磁石４の温度上昇が抑制されることで、永久磁石４の要求耐熱性を引き下げることができる。したがって、耐熱性を高めるために添加される重希土類金属などの添加量を減らすことができるため、永久磁石４に係る材料コスト等を減らすことも可能となる。

また、上記の永久磁石４は一体的に構成されているため、磁石挿入孔９への挿入や組み立てが容易である。また、溝部４１および凸部領域４２を有する永久磁石４について射出成形を利用して製造する場合には、切削加工等を利用して製造する場合と比較して低コスト化を実現することができる。焼結した後の磁石に対して切削加工を施す場合、製造コストが増大する可能性がある。これに対して、上記の射出成形による製造方法を利用すると、低コスト化が可能となる。

なお、回転子３の回転軸に対して直交する断面における永久磁石４の厚さが大きくなる領域が「一方の端部側」に形成される、とは、回転子３の回転軸に対して直交する断面において永久磁石４の厚さが大きくなる領域が、永久磁石４の中央付近ではなく端部に偏って設けられることをいう。本実施形態の永久磁石では、厚さが大きな領域が一方の端部及び当該端部から磁石４Ｂが延在する領域に形成されているが、「厚さが大きな領域」が永久磁石の一方の端部を含んで設けられている必要はない。例えば、永久磁石４の角部を丸める等により、端部よりもその内側の領域が「厚さが大きな領域」となっていてもよい。

図６および図７は、永久磁石４の形状を変形した例を示している。図６（Ａ）～（Ｃ）は、いずれも変形例に係る永久磁石の断面図（回転子の回転軸に対して直交する断面における断面図）を示すものである。

図６（Ａ）に示す永久磁石１１は、上述の溝部４１を一対の主面１１ａ，１１ｂの両方に設けたものである。このように、一対の主面１１ａ，１１ｂの両方に溝部４１を設ける場合でも、永久磁石４と同様に、減磁の抑制効果が高められる。また、一対の主面１１ａ，１１ｂの両方に形成される溝部４１が同一形状であって、且つ主面１１ａ，１１ｂの中心に設けられている場合、永久磁石１１は、上下対称且つ左右対称の断面形状を有することになる。永久磁石１１が上記の形状を有している場合、磁石挿入孔９に対して永久磁石１１を挿入する際に、挿入方向等を考慮することが不要となる。すなわち、永久磁石１１の挿入方向の誤りの発生を防ぐことが可能となるため、モータ１の組み立てに係る作業効率を向上させることができる。

図６（Ｂ）に示す永久磁石１２は、溝部の形状が異なっている。すなわち、永久磁石１２に設けられる溝部４５は、複数の凹型を組み合わせて形成された波形状となっている。溝部４５がこのような形状を有している場合であっても、他の永久磁石と同様に永久磁石１２には凸部領域４２が形成されるため、上述の減磁の抑制効果が得られる。さらに、永久磁石１２では、溝部４５が波形状となっていることにより、永久磁石４と比較して永久磁石１２の表面積が増大する。したがって、周囲の冷媒等による冷却効果が高められるため、発熱抑制による減磁の抑制効果も得られる。

図６（Ｃ）に示す永久磁石１３は、凸部領域４２を設けるために溝部に代えて貫通孔が設けられている。貫通孔４７は、永久磁石１３の中央に設けられて、回転子３の回転軸方向に沿って延びている。このような貫通孔４７を設けることで、永久磁石１３の中央部はその厚さが小さくなる一方、両端部は貫通孔４７が設けられないため実質的に厚さが大きくなる。このような形状とした場合でも、両端側に厚さが大きな領域が形成されるため、モータ１の回転子３に取り付けた際に減磁を抑制することができる。また、貫通孔４７にオイル等の冷媒を通すことにより冷却効果が高められるため、発熱抑制による減磁の抑制効果も得られる。

図７は、変形例に係る永久磁石１４の斜視図である。永久磁石１４は、永久磁石４と比較して溝部４１に対応する構成として凹部８１が形成されている点が相違する。凹部８１は、溝部４１のように、回転子３の回転軸方向に貫通する凹部ではなく、周囲に凸部領域８２，８３が形成されている。このような永久磁石１４では、回転子３の回転軸方向の両端を除いた領域では、永久磁石４と同様の断面形状（図２（Ｂ）参照）となるが、回転子３の回転軸方向の両端では、断面形状に凹部８１が現れず凸部領域８３のみとなる。このような永久磁石１４においても、断面形状に凹部８１が現れる領域では、端部側に厚さが大きな領域（凸部領域８２，８３）が形成されるので、減磁の抑制効果が得られる。

以上のように、本実施形態に係る永久磁石４及びこの永久磁石４を取り付けたモータ１によれば、永久磁石４の厚さが大きい領域を一方の端部側に形成することで、永久磁石４の表面における磁束密度を調整することができる。したがって、永久磁石４のうちの一方の端部側に厚さが大きな領域を設けると、この永久磁石４を回転子３に取り付けた際に、回転子３の回転時に発生し得る局所的な減磁を抑制することができる。また、上記の永久磁石４は、１つの永久磁石により構成されているため、取り扱い性に優れる。

また、永久磁石４を回転子３に取り付けた際に、回転子３の外方側に配置される主面の一部が突出することで、厚さが大きい領域が形成される構成とすることで、回転子の外方側で回転時の局所的な減磁の影響を好適に抑制することができる。

また、厚さが大きい領域は、永久磁石４の一対の主面４ａ，４ｂの少なくとも一方の主面に設けられた凹凸により形成される態様とすることができる。このように、少なくとも一方の主面に凹凸を設けることで、厚さが大きい領域を形成し、永久磁石４の表面積を大きくすることができる。このため、放熱効果が高められ、回転子の回転時に発生し得る局所的な減磁を抑制することができる。

また、モータ１の回転子３に取り付けられて磁極を構成する永久磁石のうち、回転方向に対する後方側の端部の永久磁石４が、回転時の局所的な減磁の影響を受けやすい。そこで、上記実施形態で説明したように、回転方向に対する後方側の端部の永久磁石４が、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する構成とすることで、回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。

また、仮想線Ａに対して対称に配置されて同一の磁極を構成する２つの永久磁石４のそれぞれが、回転子の回転軸に対して直交する断面において、仮想線から遠い方の端部側に、他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する構成とした場合、回転子の回転方向によらず回転方向に対する後方側の端部において発生する可能性のある回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。さらに、回転子３に設けられる複数の磁極の全てにおいて、上記の構成とした場合、回転子３に設けられる全ての磁石挿入孔に対して同一形状の永久磁石４が挿入されることとなる。この場合、モータ１の組み立ての作業性も向上する。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、モータに設けられた磁石挿入孔の数は適宜増減することができ、磁石挿入孔の位置関係についても適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、永久磁石の両端側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する場合について説明したが、少なくとも一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域が設けられていればよい。すなわち、図２に示す永久磁石４では、両端側に凸部領域４２が設けられているが、一方側の凸部領域４２は、溝部４１と同じ高さに平坦とされていてもよい。このような形状であっても、回転子３に取り付けた際に減磁を抑制する効果が得られる。

１…モータ、３…回転子、４，１１～１４…永久磁石、７…コア、４１…溝部、４２…凸部領域。

Claims

モータの回転子に取り付けられる永久磁石であって、
凹凸を有する１つの永久磁石により構成され、
前記永久磁石は、一対の主面の両方の中心に、前記回転子に取り付けた際の前記回転子の回転軸方向に沿って延びる同一形状の溝部を有し、
前記回転子に取り付けた際に前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、両方の端部に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する、永久磁石。
前記溝部は、前記回転子に取り付けた際の前記回転子の回転軸方向に沿って貫通している、請求項１に記載の永久磁石。
複数の磁石挿入孔を有する回転子と、
前記複数の磁石挿入孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、
を有し、
複数の前記永久磁石は、それぞれ一対の主面の両方の中心に、前記回転子の回転軸方向に沿って延びる同一形状の溝部を有し、前記回転子に取り付けた際に前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、両方の端部に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する、モータ。
前記複数の磁石挿入孔のうちの２つの連続する磁石挿入孔に挿入される２つの永久磁石により、前記回転子の磁極が構成され、
前記磁極を構成する前記２つの永久磁石は、仮想線に対して対称に配置される、請求項３に記載のモータ。