JP7390203B2 - 回転電機のロータ及び円弧磁石製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両などに搭載される回転電機のロータ、及び回転電機のロータの各円弧磁石を製造する円弧磁石製造方法に関する。

従来から、ハイブリッド車、バッテリ駆動車、燃料電池車等の電動車両には電動機、発電機等の回転電機が搭載されている。これら電動車両の普及に伴い、電動車両に搭載される回転電機には、製造コストの低減がより一層求められている。さらに、電動車両に搭載される回転電機には、車室スペースを拡大するために、より一層の小型化が求められている。

例えば、特許文献１には、永久磁石を径方向に複数層配置した回転電機のロータが開示されている。そして、特許文献１のロータに配された各永久磁石は、軸方向から見た形状が略同一となっている。したがって、ロータに配される各永久磁石に同一の円弧磁石を用いることができるので、円弧磁石の製造コストを低減でき、よって、ロータの製造コストを低減できる。

特開２０１８－１０２０３９号公報

しかしながら、特許文献１のロータは、複数層に配置された各円弧磁石の円弧中心が、いずれもｄ軸上に位置しているため、同一層に複数の円弧磁石を配置すると、磁極部の周方向長さが長くなってしまい、ロータが大型化してしまうという課題があった。

本発明は、製造コストを低減しつつ、大型化するのを抑制できる回転電機のロータ、及び回転電機のロータの各円弧磁石を製造する円弧磁石製造方法を提供する。

本発明は、
略円環形状のロータコアと、
前記ロータコアの周方向に所定の間隔で形成された複数の磁極部と、を備え、
各磁極部は、
径方向の内側に凸となるように配置された外径側円弧磁石から構成される外径側磁石部と、
前記外径側磁石部よりも前記径方向において内側に位置し、前記径方向の内側に凸となるように配置された一対の内径側円弧磁石から構成される内径側磁石部と、を有し、
各円弧磁石は、内周面と外周面とが同じ円弧中心を有する円弧磁石であり、
各磁極部の中心軸をｄ軸、該ｄ軸に対し電気角で９０度隔てた軸をｑ軸とした場合、
前記外径側磁石部及び前記内径側磁石部は、前記ｄ軸に対して対称に形成されており、
前記外径側円弧磁石は、前記周方向において、前記ｄ軸に対して対称となるように配置されており、
一対の前記内径側円弧磁石は、
前記周方向において、前記ｄ軸に対し一方側に位置する第１内径側円弧磁石と、
前記周方向において、前記ｄ軸に対し他方側に位置する第２内径側円弧磁石と、を備え、
前記第１内径側円弧磁石と前記第２内径側円弧磁石とが前記ｄ軸に対して対称となるように配置されている、回転電機のロータであって、
前記外径側円弧磁石と、前記第１内径側円弧磁石と、前記第２内径側円弧磁石とは、軸方向から見た形状が略同一であり、
前記外径側円弧磁石の円弧中心は、前記ｄ軸上に位置し、
前記第１内径側円弧磁石の円弧中心は、前記周方向において、前記ｄ軸に対し前記他方側に位置し、
前記第２内径側円弧磁石の円弧中心は、前記周方向において、前記ｄ軸に対し前記一方側に位置し、
前記外径側円弧磁石、前記第１内径側円弧磁石及び前記第２内径側円弧磁石の外周半径をｒ［ｍｍ］、前記外径側円弧磁石、前記第１内径側円弧磁石及び前記第２内径側円弧磁石の肉厚をｔ［ｍｍ］、とすると、
４０［ｍｍ］≦ｒ≦８３［ｍｍ］
かつ、
（１／３０）×ｒ＋０．４［ｍｍ］≦ｔ≦（１／２０）×ｒ＋０．５［ｍｍ］
となっている。

本発明によれば、外径側円弧磁石と、第１内径側円弧磁石と、第２内径側円弧磁石とは、軸方向から見た形状が略同一であるので、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石に同一の円弧磁石を用いることができ、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石の製造コストを低減できる。これにより、回転電機のロータの製造コストを低減できる。さらに、外径側円弧磁石の円弧中心は、ｄ軸上に位置し、第１内径側円弧磁石の円弧中心は、周方向においてｄ軸に対し他方側に位置し、第２内径側円弧磁石の円弧中心は、周方向においてｄ軸に対し一方側に位置するので、磁極部の周方向長さが大きくなることを抑制でき、ロータが大型化するのを抑制できる。

本発明の第１実施形態の回転電機のロータを軸方向から見た正面図である。 図１の回転電機のロータの磁極部周辺の拡大図である。 図１の回転電機のロータの各円弧磁石の製造方法を説明する図である。 図１の回転電機のロータの外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石において、所望の磁石性能が得られる外周半径と肉厚との関係を示すグラフである。

以下、本発明の回転電機のロータの一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

（ロータ）
図１に示すように、本発明の一実施形態の回転電機のロータ１０は、ロータシャフト（不図示）の外周部に取り付けられ、円環中心ＣＬを中心とする略円環形状のロータコア２０と、ロータコア２０の周方向に所定の間隔で形成された複数の磁極部３０（本実施形態では１２個）と、を備える。ロータ１０は、ステータ（不図示）の内周側に配置される。

なお、本明細書等では、断りなく軸方向、径方向、周方向というときは、ロータ１０の円環中心ＣＬを基準にした方向をいう。

ロータコア２０は、同一形状の略円環形状の電磁鋼板２００が軸方向に複数積層されて形成されている。ロータコア２０は、円環中心ＣＬと同中心のロータシャフト孔２１を有する。さらに、円環中心ＣＬと各磁極部３０の中心とを結ぶ、各磁極部３０の中心軸をｄ軸（図中ｄ－ａｘｉｓ）、ｄ軸に対し電気角で９０度隔てた軸をｑ軸（図中ｑ－ａｘｉｓ）とした場合、ロータコア２０の各磁極部３０は、ｄ軸と交差するように形成され、ｄ軸に対して対称な形状を有する外径側磁石挿入孔４１０を備える。ロータコア２０の各磁極部３０は、外径側磁石挿入孔４１０よりも径方向において内側に位置し、ｄ軸を挟んで対称に形成された一対の内径側磁石挿入孔４２０を備える。外径側磁石挿入孔４１０及び一対の内径側磁石挿入孔４２０は、いずれも径方向の内側に凸となる円弧形状を有する。

ロータコア２０の各磁極部３０には、周方向において、一対の内径側磁石挿入孔４２０の間に、ｄ軸と交差するように形成された空隙部６０が設けられている。ロータコア２０には、一対の内径側磁石挿入孔４２０と空隙部６０との間を径方向に延びる一対のリブ５０が設けられている。

ロータコア２０は、各磁極部３０の空隙部６０よりも径方向の内側でｄ軸と交差する位置に形成された第１肉抜孔７１と、隣接する磁極部３０間でｑ軸と交差する位置に形成された第２肉抜孔７２と、を有する。第１肉抜孔７１は、ｄ軸に対して対称な形状となっている。第２肉抜孔７２は、ｑ軸に対して対称な形状となっている。

各磁極部３０は、外径側磁石部３１０と、外径側磁石部３１０よりも径方向において内側に位置する内径側磁石部３２０と、を有する。外径側磁石部３１０は、径方向の内側に凸となるように配置された外径側円弧磁石８１０から構成される。内径側磁石部３２０は、径方向の内側に凸となるように配置された少なくとも一対の内径側円弧磁石８２０から構成される。外径側磁石部３１０及び内径側磁石部３２０は、ｄ軸に対して対称に形成されている。

外径側磁石部３１０を構成する外径側円弧磁石８１０は、ロータコア２０の外径側磁石挿入孔４１０に挿入されている。内径側磁石部３２０を構成する一対の内径側円弧磁石８２０は、ロータコア２０の一対の内径側磁石挿入孔４２０に挿入されている。

外径側円弧磁石８１０及び一対の内径側円弧磁石８２０は、径方向に磁化されている。また、外径側円弧磁石８１０及び一対の内径側円弧磁石８２０は、隣り合う磁極部３０と磁化方向が異なり、磁極部３０が周方向で交互に磁化方向が異なるように配置されている。

（磁極部）
図２に示すように、一対の内径側磁石挿入孔４２０は、ｄ軸に対し周方向において一方側（図２中左側）に形成された第１内径側磁石挿入孔４２１と、ｄ軸に対し周方向において他方側（図２中右側）に形成された第２内径側磁石挿入孔４２２と、を有する。

第１内径側磁石挿入孔４２１と第２内径側磁石挿入孔４２２とは、径方向の外側に向かって、互いの周方向の距離が長くなるように広がる略ハの字状に設けられている。

一対の内径側円弧磁石８２０は、第１内径側磁石挿入孔４２１に挿入され、ｄ軸に対し周方向において一方側（図２の向かって左側）に位置する第１内径側円弧磁石８２１と、第２内径側磁石挿入孔４２２に挿入され、ｄ軸に対し周方向において他方側（図２の向かって右側）に位置する第２内径側円弧磁石８２２と、を有する。

ロータコア２０の各磁極部３０は、外径側磁石挿入孔４１０の径方向の外側に形成された周方向に延びる第１ロータヨーク部２２１と、外径側磁石挿入孔４１０と第１内径側磁石挿入孔４２１及び第２内径側磁石挿入孔４２２との間に形成され、径方向の内側に凸となるように湾曲して周方向に延びる第２ロータヨーク部２２２と、第１内径側磁石挿入孔４２１及び第２内径側磁石挿入孔４２２の径方向の内側に形成され、径方向の内側に凸となるように湾曲して周方向に延びる第３ロータヨーク部２２３と、を有する。

以降、本明細書等では説明を簡単かつ明確にするために、ロータ１０を軸方向から見て、円環中心ＣＬを下方、ｄ軸方向外径側を上方としたときに、周方向における一方側（図２の向かって左側）を左側、周方向における他方側（図２の向かって右側）を右側、と便宜上定義する。また、本明細書等では、周方向において内側とは、各磁極部３０の周方向における中央側、すなわちｄ軸側をいい、周方向において外側とは、各磁極部３０の周方向における両端側、すなわちｑ軸側をいう。

外径側円弧磁石８１０は、同じ円弧中心Ｃ１０を有する内周面８１０Ｎ及び外周面８１０Ｆと、周方向において一方側に位置する左側端部８１０Ｌと、周方向において他方側に位置する右側端部８１０Ｒと、を有する。外径側円弧磁石８１０の円弧中心Ｃ１０は、ｄ軸上に位置している。外径側円弧磁石８１０の内周面８１０Ｎは、円弧中心Ｃ１０を中心とする内周半径ｒ１０Ｎの略円弧形状である。外径側円弧磁石８１０の外周面８１０Ｆは、円弧中心Ｃ１０を中心とする外周半径ｒ１０Ｆの略円弧形状である。外径側円弧磁石８１０の肉厚ｔ１０は、（外周半径ｒ１０Ｆ）－（内周半径ｒ１０Ｎ）の値と略同一となっている。

第１内径側円弧磁石８２１は、同じ円弧中心Ｃ２１を有する内周面８２１Ｎ及び外周面８２１Ｆと、ｑ軸側端部８２１Ｑと、ｄ軸側端部８２１Ｄと、を有する。第１内径側円弧磁石８２１の円弧中心Ｃ２１は、ｄ軸に対して第１内径側円弧磁石８２１と反対側の右側に位置している。第１内径側円弧磁石８２１の内周面８２１Ｎは、円弧中心Ｃ２１を中心とする内周半径ｒ２１Ｎの略円弧形状である。第１内径側円弧磁石８２１の外周面８２１Ｆは、円弧中心Ｃ２１を中心とする外周半径ｒ２１Ｆの略円弧形状である。第１内径側円弧磁石８２１の肉厚ｔ２１は、（外周半径ｒ２１Ｆ）－（内周半径ｒ２１Ｎ）の値と略同一となっている。

第２内径側円弧磁石８２２は、同じ円弧中心Ｃ２２を有する内周面８２２Ｎ及び外周面８２２Ｆと、ｑ軸側端部８２２Ｑと、ｄ軸側端部８２２Ｄと、を有する。第２内径側円弧磁石８２２の円弧中心Ｃ２２は、ｄ軸に対して第２内径側円弧磁石８２２と反対側の左側に位置している。第２内径側円弧磁石８２２の内周面８２２Ｎは、円弧中心Ｃ２２を中心とする内周半径ｒ２２Ｎの略円弧形状である。第２内径側円弧磁石８２２の外周面８２２Ｆは、円弧中心Ｃ２２を中心とする外周半径ｒ２２Ｆの略円弧形状である。第２内径側円弧磁石８２２の肉厚ｔ２２は、（外周半径ｒ２２Ｆ）－（内周半径ｒ２２Ｎ）の値と略同一となっている。

第１内径側円弧磁石８２１の円弧中心Ｃ２１は、ｄ軸に対して第１内径側円弧磁石８２１と反対側の右側に位置しており、第２内径側円弧磁石８２２の円弧中心Ｃ２２は、ｄ軸に対して第２内径側円弧磁石８２２と反対側の左側に位置しているので、第１内径側円弧磁石８２１と外径側円弧磁石８１０との距離Ｌ１１及び第２内径側円弧磁石８２２と外径側円弧磁石８１０との距離Ｌ１２は、いずれも、ｑ軸からｄ軸に近づくに従って長くなっている。

これにより、磁極部３０の周方向長さが大きくなることを抑制できるので、ロータ１０が大型化するのを抑制できる。また、ロータ１０におけるｑ軸に沿った磁路（以下、ｑ軸磁路とも呼ぶ）を広くとることができ、回転電機のリラクタンストルクを大きくできるので、回転電機の出力性能を向上できる。さらに、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２と、外径側円弧磁石８１０とによるマグネット磁束がｄ軸に集約されやすくなり、回転電機のマグネットトルクを効率的に利用でき、回転電機の出力性能を向上できる。

また、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２は、それぞれ径方向の内側に凸となるように配置された円弧磁石であるので、外径側磁石挿入孔４１０と第１内径側磁石挿入孔４２１との間に形成されるｑ軸磁路、及び外径側磁石挿入孔４１０と第２内径側磁石挿入孔４２２との間に形成されるｑ軸磁路を、磁気抵抗の少ない形状とすることができる。

さらに、第１内径側円弧磁石８２１は、ｑ軸側端部８２１Ｑが、外径側円弧磁石８１０の円弧中心Ｃ１０と、外径側円弧磁石８１０の左側端部８１０Ｌと、を通る第１仮想直線ＶＬ１よりも周方向において外側であり、ｄ軸側端部８２１Ｄが、第１仮想直線ＶＬ１よりも周方向において内側であるように配置されている。第２内径側円弧磁石８２２は、ｑ軸側端部８２２Ｑが、外径側円弧磁石８１０の円弧中心Ｃ１０と、外径側円弧磁石８１０の右側端部８１０Ｒと、を通る第２仮想直線ＶＬ２よりも周方向において外側であり、ｄ軸側端部８２２Ｄが、第２仮想直線ＶＬ２よりも周方向において内側であるように配置されている。

外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１、及び第２内径側円弧磁石８２２は、例えば、熱間押出し成形等の熱間加工プロセスを用いた成形により形成されたリング磁石を径方向に切断した円弧磁石を用いることができる。

本実施形態では、外径側円弧磁石８１０の肉厚ｔ１０と、第１内径側円弧磁石８２１の肉厚ｔ２１と、第２内径側円弧磁石８２２の肉厚ｔ２２とは、同一の厚さとなっている。外径側円弧磁石８１０の内周面８１０Ｎの内周半径ｒ１０Ｎと、第１内径側円弧磁石８２１の内周面８２１Ｎの内周半径ｒ２１Ｎと、第２内径側円弧磁石８２２の内周面８２２Ｎの内周半径ｒ２２Ｎとは、同一の長さとなっている。外径側円弧磁石８１０の外周面８１０Ｆの外周半径ｒ１０Ｆと、第１内径側円弧磁石８２１の外周面８２１Ｆの外周半径ｒ２１Ｆと、第２内径側円弧磁石８２２の外周面８２２Ｆの外周半径ｒ２２Ｆとは、同一の長さとなっている。

したがって、外径側円弧磁石８１０と、第１内径側円弧磁石８２１と、第２内径側円弧磁石８２２とは、軸方向から見た形状が略同一となっている。これにより、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２に同一の円弧磁石を用いることができるので、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２の製造コストを低減できる。

さらに、本実施形態では、軸方向から見て、外径側円弧磁石８１０の円弧中心Ｃ１０を中心とする、外径側円弧磁石８１０の左側端部８１０Ｌと右側端部８１０Ｒとの成す角θ１０、第１内径側円弧磁石８２１の円弧中心Ｃ２１を中心とする、ｑ軸側端部８２１Ｑとｄ軸側端部８２１Ｄとの成す角θ２１、及び、第２内径側円弧磁石８２２の円弧中心Ｃ２２を中心とする、ｑ軸側端部８２２Ｑとｄ軸側端部８２２Ｄとの成す角θ２２、は、それぞれ整数倍すると３６０度となる角度となっている。成す角θ１０、成す角θ２１、及び成す角θ２２は、例えば、１２度、１５度、１８度、２０度、２４度、３０度、３６度、４０度、６０度等となっている。

これにより、リング磁石を周方向において成す角θ１０の間隔で径方向に切断することによって、外径側円弧磁石８１０を製造でき、リング磁石を周方向において成す角θ２１の間隔で径方向に切断することによって、第１内径側円弧磁石８２１を製造でき、リング磁石を周方向において成す角θ２２の間隔で径方向に切断することによって、第２内径側円弧磁石８２２を製造することができる。したがって、リング磁石から、余りを生じさせずに、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２を製造することができるので、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２の製造コストをより低減できる。

本実施形態では、成す角θ１０、成す角θ２１、及び成す角θ２２は、略同一となっている。すなわち、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２は、軸方向から見た形状が略同一となっている。これにより、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２に同一の円弧磁石を用いることができるので、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２の製造コストをさらに低減できる。本実施形態では、成す角θ１０、成す角θ２１、及び成す角θ２２は、いずれも２４度となっている。

外径側磁石挿入孔４１０は、外径側円弧磁石８１０の内周面８１０Ｎ及び外周面８１０Ｆにそれぞれ対向する内周壁面４１０Ｎ及び外周壁面４１０Ｆと、左側壁面４１０Ｌと、右側壁面４１０Ｒと、を有する。第１内径側磁石挿入孔４２１は、第１内径側円弧磁石８２１の内周面８２１Ｎ及び外周面８２１Ｆにそれぞれ対向する内周壁面４２１Ｎ及び外周壁面４２１Ｆと、ｑ軸側壁面４２１Ｑと、ｄ軸側壁面４２１Ｄと、を有する。第２内径側磁石挿入孔４２２は、第２内径側円弧磁石８２２の内周面８２２Ｎ及び外周面８２２Ｆにそれぞれ対向する内周壁面４２２Ｎ及び外周壁面４２２Ｆと、ｑ軸側壁面４２２Ｑと、ｄ軸側壁面４２２Ｄと、を有する。

（空隙部）
空隙部６０は、周方向において、第１内径側円弧磁石８２１のｄ軸側壁面４２１Ｄと、第２内径側磁石挿入孔４２２のｄ軸側壁面４２２Ｄとの間に、ｄ軸と交差するように形成されている。

これにより、内径側磁石部３２０において、ｄ軸上が空隙となるため、ｄ軸インダクタンスを低減することができる。よって、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差を大きくすることができるので、リラクタンストルクを有効に利用することが可能となり、回転電機の出力性能を向上できる。

（リブ）
一対のリブ５０は、一対の内径側円弧磁石８２０と空隙部６０との間を径方向に延びるように設けられている。

一対のリブ５０は、第１内径側円弧磁石８２１のｄ軸側端部８２１Ｄとｄ軸との間を径方向に延びる第１リブ５１と、第２内径側円弧磁石８２２のｄ軸側端部８２２Ｄとｄ軸との間を径方向に延びる第２リブ５２と、を有する。

第１リブ５１は、第１内径側磁石挿入孔４２１のｄ軸側壁面４２１Ｄと、空隙部６０の左側壁面６１によって構成されている。第１リブ５１は、径方向において内側に位置する径方向内側端部５１１と、径方向において外側に位置する径方向外側端部５１２と、を有する。

第２リブ５２は、第２内径側磁石挿入孔４２２のｄ軸側壁面４２２Ｄと、空隙部６０の右側壁面６２によって構成されている。第２リブ５２は、径方向において内側に位置する径方向内側端部５２１と、径方向において外側に位置する径方向外側端部５２２と、を有する。

したがって、第１内径側円弧磁石８２１による遠心荷重は第１リブ５１が受け、第２内径側円弧磁石８２２による遠心荷重は、第２リブ５２が受けることとなる。すなわち、第１リブ５１と第２リブ５２は、第１内径側円弧磁石８２１による遠心荷重と第２内径側円弧磁石８２２による遠心荷重とを、それぞれ別個に受けることとなる。これにより、第１内径側円弧磁石８２１と第２内径側円弧磁石８２２の重量バラツキに起因してロータコア２０に発生する曲げ応力を低減することができる。

さらに、第１リブ５１と第２リブ５２は、径方向の内側に向かって互いの周方向の距離Ｌ５が長くなるように、略ハの字状に設けられている。これにより、第１リブ５１の径方向内側端部５１１及び径方向外側端部５１２と、第２リブ５２の径方向内側端部５２１及び径方向外側端部５２２と、のいずれも、角Ｒを大きくすることができるので、第１リブ５１の径方向内側端部５１１及び径方向外側端部５１２、ならびに第２リブ５２の径方向内側端部５２１及び径方向外側端部５２２、すなわち、第１リブ５１及び第２リブ５２の径方向両端部への応力集中を緩和することができる。

（孔部）
第１リブ５１の径方向外側には、小径の第１孔部２６１が設けられている。第２リブ５２の径方向外側には、小径の第２孔部２６２が設けられている。本実施形態では、第１孔部２６１及び第２孔部２６２は、軸方向から見て、同径の円形状となっている。

したがって、第１内径側円弧磁石８２１のｄ軸側端部８２１Ｄ近傍の回り込み磁束が通る磁路、及び第２内径側円弧磁石８２２のｄ軸側端部８２２Ｄ近傍の回り込み磁束が通る磁路は、第１孔部及２６１及び第２孔部２６２によって、磁気抵抗が大きくなる。これにより、第１内径側円弧磁石８２１のｄ軸側端部８２１Ｄ近傍の回り込み磁束、及び第２内径側円弧磁石８２２のｄ軸側端部８２２Ｄ近傍の回り込み磁束を低減することができる。

さらに、第１孔部及２６１及び第２孔部２６２は、軸方向から見て、同径の円形状となっているので、ロータ１０の遠心荷重やロータシャフトの圧入荷重等に起因してロータコア２０に生じる応力が、第１孔部２６１及び第２孔部２６２周辺に集中することを抑制できる。

（円弧磁石の製造）
次に、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２の製造について、図３を用いて説明する。

外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２は、略円環形状のリング磁石前駆体９００を成形するリング磁石成形工程と、リング磁石前駆体９００を熱処理し、リング磁石９１０を形成する熱処理工程と、熱処理工程によって形成されたリング磁石９１０を径方向に切断する切断工程と、を含む。

図３の（ａ）に示すように、リング磁石前駆体９００は、押出成形機ＥＭでリング磁石材料を熱間押出成形することによって、熱間加工により形成される。リング磁石材料を熱間押出成形することによって、リング磁石材料が高密度化し、さらにランダムに配向していたリング磁石材料の結晶群に径方向の圧縮応力が作用し、リング磁石材料の結晶群は、圧縮応力方向と同方向に配向する。その結果、径方向に配向した異方性のリング磁石前駆体９００が形成される。

ここで、高性能な磁化特性を持ったリング磁石９１０を得るためには、リング磁石前駆体９００の形成時に、リング磁石材料の結晶群に作用する応力が全域で均一となることが望ましい。しかし、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０に対して、リング磁石前駆体９００の肉厚ｔ９０が大きくなりすぎると、熱間押出成形時に、リング磁石材料の結晶群に作用する応力が不均一となり、リング磁石９１０の配向度が低下してしまう。

一方で、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０に対して、リング磁石前駆体９００の肉厚ｔ９０が小さくなりすぎると、熱間押出成形の際にリング磁石前駆体９００の寸法精度が低下し、リング磁石前駆体９００の肉厚ｔ９０が不均一になりやすい。リング磁石前駆体９００の肉厚ｔ９０が不均一の場合も、熱間押出成形時に、リング磁石材料の結晶群に作用する応力が不均一となり、リング磁石９１０の配向度が低下してしまう。

また、押出成形機ＥＭでリング磁石材料を熱間押出成形する際、押出成形機ＥＭがリング磁石材料の結晶群に作用させることができる径方向の圧縮応力の上限値は、リング磁石前駆体９００の軸方向の断面積によって決まる。リング磁石前駆体９００の軸方向の断面積が大きくなるほど、押出成形機ＥＭがリング磁石材料の結晶群に作用させることができる径方向の圧縮応力の上限値は低くなる。よって、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０が所定値以上の場合、望ましい肉厚ｔ９０も大きくなるため、リング磁石前駆体９００の軸方向の断面積が大きくなり、押出成形機ＥＭによって、リング磁石材料の結晶群に所望の圧縮応力を作用させることができず、リング磁石９１０の磁化特性の性能が低下してしまう。

したがって、図４に示すように、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０と肉厚ｔ９０との関係において、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０に対し、高性能な磁化特性を持ったリング磁石９１０を得ることができる肉厚ｔ９０の上限値である高性能磁石肉厚上限値ラインＵｔは、外径ｒ９０が大きくなるにしたがって略線形に上昇する。高性能磁石肉厚上限値ラインＵｔは、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０と肉厚ｔ９０との関係において、下記の式（１）で示される。
ｔ９０［ｍｍ］＝（１／２０）＊ｒ９０［ｍｍ］＋０．５［ｍｍ］・・・（１）

また、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０に対し、高性能な磁化特性を持ったリング磁石９１０を得ることができる肉厚ｔ９０の下限値である高性能磁石肉厚下限値ラインＬｔは、外径ｒ９０が大きくなるにしたがって、高性能磁石肉厚上限値ラインＵｔよりも緩やかに略線形に上昇する。高性能磁石肉厚下限値ラインＬｔは、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０と肉厚ｔ９０との関係において、下記の式（２）で示される。
ｔ９０［ｍｍ］=（１／３０）*ｒ９０［ｍｍ］+０．４［ｍｍ］・・・（２）

さらに、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０には、押出成形機ＥＭによって、リング磁石材料の結晶群に所望の圧縮応力を作用させることができる上限値が存在し、高性能磁石外径上限値ラインＵｒは、該上限値となっている。高性能磁石外径上限値ラインＵｒは、リング磁石前駆体９００の肉厚ｔ９０にかかわらず、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０が約８３ｍｍとなっている。

そして、リング磁石前駆体９００は、外径ｒ９０が４０ｍｍ以上、高性能磁石外径上限値ラインＵｒ、すなわち約８３ｍｍ以下であって、肉厚ｔ９０が、リング磁石前駆体９００の外径ｒ９０との関係において、高性能磁石肉厚下限値ラインＬｔ以上、高性能磁石肉厚上限値ラインＵｔ以下、すなわち下記の式（３）で示される範囲となっている。
（１／３０）＊ｒ９０［ｍｍ］＋０．４［ｍｍ］≦ｔ９０［ｍｍ］≦（１／２０）＊ｒ９０［ｍｍ］＋０．５［ｍｍ］・・・（３）

本実施形態では、リング磁石前駆体９００は、外径ｒ９０が約８０ｍｍ、肉厚ｔ９０が約４．２ｍｍとなっている。

これにより、リング磁石前駆体９００の形成時に、リング磁石材料の結晶群に作用する応力を全域で均一とすることができ、高性能な磁化特性を持ったリング磁石９１０を得ることができる。よって、高性能な磁化特性を持った外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２を得ることができる。

次に、図３の（ｂ）に示すように、熱処理工程によって、リング磁石前駆体９００を熱処理し、外径ｒ９０、肉厚ｔ９０のリング磁石９１０を形成する。リング磁石９１０は、熱処理される温度や時間によって、残留磁束密度や固有保磁力が変化する。

次に、図３の（ｃ）に示すように、切断工程によって、リング磁石９１０を径方向に切断し、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２を製造する。

リング磁石９１０は、リング磁石９１０のリング中心Ｃ９１を中心として、周方向において所定角度φの間隔で径方向に切断される。

これにより、外周半径ｒ１０Ｆがリング磁石前駆体９００の外径ｒ９０であり、肉厚ｔ１０がリング磁石前駆体９００の肉厚ｔ９０であり、円弧中心Ｃ１０を中心として、左側端部８１０Ｌと右側端部８１０Ｒとの成す角が所定角度φである外径側円弧磁石８１０が製造される。

同様に、外周半径ｒ２１Ｆ、ｒ２２Ｆがリング磁石前駆体９００の外径ｒ９０であり、肉厚ｔ２１、ｔ２２がリング磁石前駆体９００の肉厚ｔ９０であり、円弧中心Ｃ２１、Ｃ２２を中心として、ｄ軸側端部８２１Ｄ、８２２Ｄとｑ軸側端部８２１Ｑ、８２２Ｑとの成す角が所定角度φである第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２が製造される。

このとき、所定角度φは、整数倍すると３６０度となる角度となっている。例えば、所定角度φは、１２度、１５度、１８度、２０度、２４度、３０度、３６度、４０度、６０度等となっている。

これにより、リング磁石９１０から、余りを生じさせずに、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２を製造することができるので、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２の製造コストを低減できる。

本実施形態では、所定角度φは、２４度となっている。これにより、１つのリング磁石９１０から、余りを生じさせずに、１５個の外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１または第２内径側円弧磁石８２２が製造される。

このように、同一の押出成形機ＥＭで略円環状に成形された同一のリング磁石前駆体９００から、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２を製造することができる。これにより、外径側円弧磁石８１０、第１内径側円弧磁石８２１及び第２内径側円弧磁石８２２の製造コストを低減できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

例えば、本実施形態では、リング磁石９１０は、熱間加工により形成されたリング磁石前駆体９００を熱処理することによって製造するものとしたが、リング磁石９１０は、配向性を適宜調整した焼結磁石であってもよい。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） 略円環形状のロータコア（ロータコア２０）と、
前記ロータコアの周方向に所定の間隔で形成された複数の磁極部（磁極部３０）と、を備え、
各磁極部は、
径方向の内側に凸となるように配置された外径側円弧磁石（外径側円弧磁石８１０）から構成される外径側磁石部（外径側磁石部３１０）と、
前記外径側磁石部よりも前記径方向において内側に位置し、前記径方向の内側に凸となるように配置された一対の内径側円弧磁石（内径側円弧磁石８２０）から構成される内径側磁石部（内径側磁石部３２０）と、を有し、
各円弧磁石は、内周面と外周面とが同じ円弧中心を有する円弧磁石であり、
各磁極部の中心軸をｄ軸、該ｄ軸に対し電気角で９０度隔てた軸をｑ軸とした場合、
前記外径側磁石部及び前記内径側磁石部は、前記ｄ軸に対して対称に形成されており、
前記外径側円弧磁石は、前記周方向において、前記ｄ軸に対して対称となるように配置されており、
一対の前記内径側円弧磁石は、
前記周方向において、前記ｄ軸に対し一方側（左側）に位置する第１内径側円弧磁石（第１内径側円弧磁石８２１）と、
前記周方向において、前記ｄ軸に対し他方側（右側）に位置する第２内径側円弧磁石（第２内径側円弧磁石８２２）と、を備え、
前記第１内径側円弧磁石と前記第２内径側円弧磁石とが前記ｄ軸に対して対称となるように配置されている、回転電機のロータ（ロータ１０）であって、
前記外径側円弧磁石と、前記第１内径側円弧磁石と、前記第２内径側円弧磁石とは、軸方向から見た形状が略同一であり、
前記外径側円弧磁石の円弧中心（円弧中心Ｃ１０）は、前記ｄ軸上に位置し、
前記第１内径側円弧磁石の円弧中心（円弧中心Ｃ２１）は、前記周方向において、前記ｄ軸に対し前記他方側に位置し、
前記第２内径側円弧磁石の円弧中心（円弧中心Ｃ２２）は、前記周方向において、前記ｄ軸に対し前記一方側に位置する、回転電機のロータ。

（１）によれば、外径側円弧磁石と、第１内径側円弧磁石と、第２内径側円弧磁石とは、軸方向から見た形状が略同一であるので、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石に同一の円弧磁石を用いることができ、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石の製造コストを低減できる。
さらに、外径側円弧磁石の円弧中心は、ｄ軸上に位置し、第１内径側円弧磁石の円弧中心は、周方向においてｄ軸に対し他方側に位置し、第２内径側円弧磁石の円弧中心は、周方向においてｄ軸に対し一方側に位置するので、磁極部の周方向長さが大きくなることを抑制でき、ロータが大型化するのを抑制できる。また、ロータにおけるｑ軸磁路とも呼ぶを広くとることができ、回転電機のリラクタンストルクを大きくできるので、回転電機の出力性能を向上できる。さらに、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石と、外径側円弧磁石とによるマグネット磁束がｄ軸に集約されやすくなり、回転電機のマグネットトルクを効率的に利用でき、回転電機の出力性能を向上できる。

（２） （１）に記載の回転電機のロータであって、
前記外径側円弧磁石は、前記周方向において、前記ｄ軸に対し前記一方側に位置する第１端部（左側端部８１０Ｌ）と、前記ｄ軸に対し前記他方側に位置する第２端部（右側端部８１０Ｒ）と、を有し、
前記第１内径側円弧磁石は、前記周方向において、前記ｄ軸側のｄ軸側端部（ｄ軸側端部８２１Ｄ）と、前記ｑ軸側のｑ軸側端部（ｑ軸側端部８２１Ｑ）と、を有し、
前記第２内径側円弧磁石は、前記周方向において、前記ｄ軸側のｄ軸側端部（ｄ軸側端部８２２Ｄ）と、前記ｑ軸側のｑ軸側端部（ｑ軸側端部８２２Ｑ）と、を有し、
前記軸方向から見て、前記外径側円弧磁石の前記円弧中心を中心とする、前記外径側円弧磁石の前記第１端部と前記第２端部との成す角（成す角θ１０）は、整数倍すると３６０度となる角度であり、
前記第１内径側円弧磁石の前記円弧中心を中心とする、前記ｑ軸側端部と前記ｄ軸側端部との成す角（成す角θ２１）と、前記第２内径側円弧磁石の前記円弧中心を中心とする、前記ｑ軸側端部と前記ｄ軸側端部との成す角（成す角θ２２）は、整数倍すると３６０度となる角度である、回転電機のロータ。

（２）によれば、軸方向から見て、外径側円弧磁石の円弧中心を中心とする、外径側円弧磁石の第１端部と第２端部との成す角は、整数倍すると３６０度となる角度であり、第１内径側円弧磁石の円弧中心を中心とする、ｑ軸側端部とｄ軸側端部との成す角、及び第２内径側円弧磁石の円弧中心を中心とする、ｑ軸側端部とｄ軸側端部との成す角は、整数倍すると３６０度となる角度であるので、リング磁石を周方向において所定角度の間隔で径方向に切断することによって、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石を製造することができる。これにより、リング磁石から、余りを生じさせずに、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石を製造することができるので、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石の製造コストをより低減できる。

（３） （１）または（２）に記載の回転電機のロータであって、
前記外径側円弧磁石、前記第１内径側円弧磁石及び前記第２内径側円弧磁石の外周半径（外周半径ｒ１０Ｆ、ｒ２１Ｆ、ｒ２２Ｆ）をｒ［ｍｍ］、前記外径側円弧磁石、前記第１内径側円弧磁石及び前記第２内径側円弧磁石の肉厚（肉厚ｔ１０、ｔ２１、ｔ２２）をｔ［ｍｍ］、とすると、
４０［ｍｍ］≦ｒ≦８３［ｍｍ］
かつ、
（１／３０）＊ｒ＋０．４［ｍｍ］≦ｔ≦（１／２０）＊ｒ＋０．５［ｍｍ］
となっている、回転電機のロータ。

（３）によれば、高性能な磁化特性を持った外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石を得ることができる。

（４） （１）～（３）のいずれかに記載の回転電機のロータの各円弧磁石を製造する円弧磁石製造方法であって、
略円環形状のリング磁石（リング磁石９１０）を成形するリング磁石成形工程と、
前記リング磁石成形工程によって形成された前記リング磁石を径方向に切断する切断工程と、を含み、
前記リング磁石成形工程では、熱間加工によって前記リング磁石が成形され、
前記切断工程では、前記リング磁石を、前記リング磁石のリング中心（リング中心Ｃ９１）を中心として、周方向において所定角度（所定角度φ）の間隔で径方向に切断することによって、前記外径側円弧磁石、前記第１内径側円弧磁石及び前記第２内径側円弧磁石を製造する、円弧磁石製造方法。

（４）によれば、同一の成形機で略円環状に成形された同一のリング磁石から、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石を製造することができるので、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石の製造コストを低減できる。

（５） （４）に記載の円弧磁石製造方法であって、
前記所定角度は、整数倍すると３６０度となる角度である、円弧磁石製造方法。

（５）によれば、所定角度は、整数倍すると３６０度となる角度であるので、リング磁石から、余りを生じさせずに、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石を製造することができ、外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石の製造コストをより低減できる。

（６） （４）または（５）に記載の円弧磁石製造方法であって、
前記リング磁石の外径（外径ｒ９０）をｒ［ｍｍ］、肉厚（肉厚ｔ９０）をｔ［ｍｍ］、とすると、
４０［ｍｍ］≦ｒ≦８３［ｍｍ］
かつ、
（１／３０）＊ｒ＋０．４［ｍｍ］≦ｔ≦（１／２０）＊ｒ＋０．５［ｍｍ］
となっている、円弧磁石製造方法。

（６）によれば、高性能な磁化特性を持ったリング磁石を得ることができ、よって、高性能な磁化特性を持った外径側円弧磁石、第１内径側円弧磁石及び第２内径側円弧磁石を得ることができる。

１０ ロータ
２０ ロータコア
３０ 磁極部
３１０ 外径側磁石部
３２０ 内径側磁石部
８１０ 外径側円弧磁石
８１０Ｌ 左側端部（第１端部）
８１０Ｒ 右側端部（第２端部）
８２０ 内径側円弧磁石
８２１ 第１内径側円弧磁石
８２１Ｄ ｄ軸側端部
８２１Ｑ ｑ軸側端部
８２２ 第２内径側円弧磁石
８２２Ｄ ｄ軸側端部
８２２Ｑ ｑ軸側端部
９１０ リング磁石
Ｃ１０、Ｃ２１、Ｃ２２ 円弧中心
Ｃ９１ リング中心
ｒ１０Ｆ、ｒ２１Ｆ、ｒ２２Ｆ 外周半径
ｒ９０ 外径
ｔ１０、ｔ２１、ｔ２２ 肉厚
ｔ９０ 肉厚
θ１０、θ２１、θ２２ 成す角
φ 所定角度

Claims (5)

1. 略円環形状のロータコアと、
   前記ロータコアの周方向に所定の間隔で形成された複数の磁極部と、を備え、
   各磁極部は、
   径方向の内側に凸となるように配置された外径側円弧磁石から構成される外径側磁石部と、
   前記外径側磁石部よりも前記径方向において内側に位置し、前記径方向の内側に凸となるように配置された一対の内径側円弧磁石から構成される内径側磁石部と、を有し、
   各円弧磁石は、内周面と外周面とが同じ円弧中心を有する円弧磁石であり、
   各磁極部の中心軸をｄ軸、該ｄ軸に対し電気角で９０度隔てた軸をｑ軸とした場合、
   前記外径側磁石部及び前記内径側磁石部は、前記ｄ軸に対して対称に形成されており、
   前記外径側円弧磁石は、前記周方向において、前記ｄ軸に対して対称となるように配置されており、
   一対の前記内径側円弧磁石は、
   前記周方向において、前記ｄ軸に対し一方側に位置する第１内径側円弧磁石と、
   前記周方向において、前記ｄ軸に対し他方側に位置する第２内径側円弧磁石と、を備え、
   前記第１内径側円弧磁石と前記第２内径側円弧磁石とが前記ｄ軸に対して対称となるように配置されている、回転電機のロータであって、
   前記外径側円弧磁石と、前記第１内径側円弧磁石と、前記第２内径側円弧磁石とは、軸方向から見た形状が略同一であり、
   前記外径側円弧磁石の円弧中心は、前記ｄ軸上に位置し、
   前記第１内径側円弧磁石の円弧中心は、前記周方向において、前記ｄ軸に対し前記他方側に位置し、
   前記第２内径側円弧磁石の円弧中心は、前記周方向において、前記ｄ軸に対し前記一方側に位置し、
   前記外径側円弧磁石、前記第１内径側円弧磁石及び前記第２内径側円弧磁石の外周半径をｒ［ｍｍ］、前記外径側円弧磁石、前記第１内径側円弧磁石及び前記第２内径側円弧磁石の肉厚をｔ［ｍｍ］、とすると、
   ４０［ｍｍ］≦ｒ≦８３［ｍｍ］
   かつ、
   （１／３０）×ｒ＋０．４［ｍｍ］≦ｔ≦（１／２０）×ｒ＋０．５［ｍｍ］
   となっている、回転電機のロータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータであって、
   前記外径側円弧磁石は、前記周方向において、前記ｄ軸に対し前記一方側に位置する第１端部と、前記ｄ軸に対し前記他方側に位置する第２端部と、を有し、
   前記第１内径側円弧磁石は、前記周方向において、前記ｄ軸側のｄ軸側端部と、前記ｑ軸側のｑ軸側端部と、を有し、
   前記第２内径側円弧磁石は、前記周方向において、前記ｄ軸側のｄ軸側端部と、前記ｑ軸側のｑ軸側端部と、を有し、
   前記軸方向から見て、前記外径側円弧磁石の前記円弧中心を中心とする、前記外径側円弧磁石の前記第１端部と前記第２端部との成す角は、整数倍すると３６０度となる角度であり、
   前記第１内径側円弧磁石の前記円弧中心を中心とする、前記ｑ軸側端部と前記ｄ軸側端部との成す角と、前記第２内径側円弧磁石の前記円弧中心を中心とする、前記ｑ軸側端部と前記ｄ軸側端部との成す角は、整数倍すると３６０度となる角度である、回転電機のロータ。
3. 請求項１または２に記載の回転電機のロータの各円弧磁石を製造する円弧磁石製造方法であって、
   略円環形状のリング磁石を成形するリング磁石成形工程と、
   前記リング磁石成形工程によって形成された前記リング磁石を径方向に切断する切断工程と、を含み、
   前記リング磁石成形工程では、熱間加工によって前記リング磁石が成形され、
   前記切断工程では、前記リング磁石を、前記リング磁石のリング中心を中心として、周方向において所定角度の間隔で径方向に切断することによって、前記外径側円弧磁石、前記第１内径側円弧磁石及び前記第２内径側円弧磁石を製造する、円弧磁石製造方法。
4. 請求項３に記載の円弧磁石製造方法であって、
   前記所定角度は、整数倍すると３６０度となる角度である、円弧磁石製造方法。
5. 請求項３または４に記載の円弧磁石製造方法であって、
   前記リング磁石の外径をｒ［ｍｍ］、肉厚をｔ［ｍｍ］、とすると、
   ４０［ｍｍ］≦ｒ≦８３［ｍｍ］
   かつ、
   （１／３０）×ｒ＋０．４［ｍｍ］≦ｔ≦（１／２０）×ｒ＋０．５［ｍｍ］
   となっている、円弧磁石製造方法。

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