JPH09182329A - 回転機用磁石回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が単純でかつ組立性および耐久性が高
く、しかも漏れ磁束が極めて少ない磁気回路構造の回転
機用磁石回転子を提供する。 【解決手段】 回転子コアと、永久磁石とを具備する回
転機用磁石回転子であって、回転子コアは強磁性部と非
磁性部とが共存する金属粉末複合焼結体により構成され
るとともに、その非磁性部が回転子コアの漏れ磁束を生
じる位置に配置されることを特徴とする回転機用磁石回
転子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石界磁方式
のモータや発電機等の回転機用磁石回転子に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】界磁発生手段に永久磁石を使用し、外部
からの界磁エネルギーの供給を必要としない永久磁石界
磁方式のモータや発電機は、巻線界磁方式のものに比べ
て効率が良いため、その省エネルギー性により小型のモ
ータや発電機あるいはロボット用のサーボモータなどに
多用されている。永久磁石界磁方式の回転機（例えば、
モータ等。）は回転子の永久磁石配置構成によって大略
下記の２種類に分類される。その１つは図１５にその要
部断面図の例を示すように、回転子１０表面に設置され
た永久磁石１が回転子１０および固定子２０間のエアギ
ャップ４に直接接している形式である。この磁気回路形
式を有する回転子を一般に表面磁石型回転子と呼ぶ。図
１５の場合、永久磁石１の任意の永久磁石１ａのＮ極か
ら出た磁束Ａ1は、矢印で示すようにエアギャップ４を
貫通し、固定子コア３ａ部分に達する。次いで、この磁
束Ａ1は固定子コア３ｂおよび３ｃ部分を経由して再び
エアギャップ４を貫通し、さらに永久磁石１ｂおよび回
転子コア２を経由して永久磁石１ａのＳ極へ戻る閉ルー
プを形成する。なお、図１５においてｔ30はエアギャッ
プ４の最小厚みを示している。

【０００３】回転子におけるもう１つの永久磁石配置形
式は内部磁石型と呼ばれるもので、図１７にその要部断
面図の例を示す。図１７において、永久磁石１は回転子
コア２内に埋設配置されており、永久磁石１のＮ磁極側
から出た磁束Ａ2は矢印で示すように回転子コア２を経
由して固定子２０と回転子１０間のエアギャップ４を貫
通する。次いで、この磁束Ａ2は固定子コア３ａ，３
ｂ，３ｃ部分を順次経由して再びエアギャップ４を通過
後、回転子コア２を経由して永久磁石１のＳ磁極に戻る
閉ループを形成する。なお、図１７においてｔ40はエア
ギャップ４の最小厚みを示している。

【０００４】表面磁石型磁気回路構造の回転子を有する
モータの利点は永久磁石の一磁極表面がエアギャップに
直接接しているため、永久磁石が発生する磁束を効率良
く活用できることである。エアギャップの厚みが隣接す
る永久磁石の配置間隔に比べて十分小さい場合には、永
久磁石から発生する多くの磁束が固定子コアに達する。

【０００５】しかしながら、現在実用に供されているフ
ェライト磁石や稀土類磁石等の公知の永久磁石は機械的
強度が十分ではなく、表面磁石型回転子を用いたモータ
の使用中に、回転子に作用する遠心力によってその回転
子に装着した永久磁石が割れたり、欠けたりして発生し
た永久磁石の破片がエアギャップに挟まりモータ故障を
発生させてしまうことがある。また、表面磁石型回転子
を用いたモータでは、永久磁石が回転子コア表面に接着
されている場合、その接着強度が回転による遠心力に対
して十分でなく、モータの使用中に、回転子に作用する
遠心力によって、接着された永久磁石が回転子コアから
剥がれてモータ故障を発生させてしまうこともある。

【０００６】表面磁石型回転子を有するモータにおける
剥がれ、欠け、割れ等の機械強度的な欠点を補完するた
め、図１６の要部断面図に示すように永久磁石１の外周
側に炭素繊維などを巻回するか、あるいはチタン合金、
ステンレス鋼、ケイ素鋼などからなる薄いロータキャン
（カバー）８を配置する構成が採用されている。このロ
ータキャン８は回転子コア２への永久磁石１の固定力強
化、および永久磁石１への応力集中を防ぐこと、および
仮に何らかの事情によって永久磁石１が回転子コア２か
ら剥がれたり、割れたり、欠けたりした場合の永久磁石
破片のエアギャップ（図示省略）への飛散防止のために
設けられるものである。

【０００７】一方、内部磁石型回転子を有するモータに
おいては、以上述べてきた表面磁石型における機械強度
面での欠点は多くの場合解消される。すなわち、内部磁
石型回転子を有するモータの利点は、永久磁石が回転子
コア内部に緊密に固定されているため、表面磁石型回転
子を有するモータと比較して永久磁石の剥がれ、割れ、
欠け等によるモータ故障がほとんど見られないことであ
る。また、内部磁石型では、回転子の周囲、特に外周部
分が全て回転子コアによって形成されており、回転子外
周部分の寸法公差が回転子コアの加工寸法公差のみで得
られるため、寸法精度の高い回転子が得られる。したが
って、回転子と固定子間のエアギャップの厚みは表面磁
石型回転子を有するモータに比べて大幅に小さくするこ
とが可能であり、このためモータ全体の磁気抵抗を下げ
ることができ、その結果固定子に至る有効な磁束量を大
幅に増加させることが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図１７の例に代表される内部磁石型回転子を有するモ
ータの場合、永久磁石１のＮ磁極から出た磁束Ｂ2が矢
印に示すように回転子コア２内部を経由して同じ永久磁
石１のＳ磁極へ戻る短絡磁路を形成し、いわゆる洩れ磁
束Ｂ2が生じる。このため、永久磁石１からの発生磁束
の全量を固定子２０に至り巻線７と鎖交する有効な磁束
量Ａ2として無駄なく有効に活用できないという欠点を
有している。

【０００９】この漏れ磁束をなるべく少なくするため、
図１８の要部断面図に示すように永久磁石１から出た漏
れ磁束Ｂ3およびＢ4の通過経路となる回転子コア２の一
部の厚み寸法ｔ1およびｔ2を薄くしてこのｔ1およびｔ2
部分の磁気抵抗を高くすることにより漏れ磁束Ｂ3およ
びＢ4を減少させて有効磁束Ａ3のみを増加させることが
行われているが、この手段によって漏れ磁束を実用上問
題のないレベルまで低減化できるものの、ｔ1およびｔ2
部分のように回転子コア２に厚みの非常に薄い部分が形
成され、この部分がモータ用回転子としての機械的強
度、耐久性等の信頼性を低下させてしまうという問題を
発生する。

【００１０】前記ロータキャンを使用する場合にも表面
磁石型回転子に比べて有効磁束量が低下するという悪影
響は否めない。すなわち、図１６のロータキャン８がチ
タン合金などの非磁性材料からなる場合にはロータキャ
ン８の厚み分だけ回転子１０と固定子間のエアギャップ
の厚み（図示省略）が大きくなってしまい、構成される
磁気回路全体の磁気抵抗が増してエアギャップを通過す
る有効磁束量が減少する。一方、ロータキャン８に強磁
性の材料を使用した場合は、ロータキャン８に磁束が通
ってしまい、ロータ１０の外周側に形成された隣接する
磁極間に漏れ磁束と呼ばれる短絡磁束が流れてしまうた
め、ステータに至り巻線と鎖交する有効な磁束量が大幅
に減少する。

【００１１】本発明は上記従来の問題点を解決し、構成
が単純でかつ組立性および耐久性が高く、しかも漏れ磁
束が極めて少ない磁気回路構造の回転機用磁石回転子を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における第１の発明では、回転子コアと、永
久磁石とを具備する回転機用磁石回転子であって、回転
子コアは、強磁性部と非磁性部とが共存する金属粉末複
合焼結体により構成されるとともに、その非磁性部が回
転子コアの漏れ磁束を生じる位置に配置される、という
技術的手段を採用した。本発明は、複数の永久磁石が回
転子コア内に配置された内部磁石型回転子に有効に適用
される。また、強磁性部と非磁性部とが共存する一体構
造の金属粉末複合焼結体により回転子コアが構成される
ことが耐久強度の点から好ましい。また、強磁性部と非
磁性部とが共存する金属粉末複合焼結体の２以上の組み
合わせにより回転子コアを構成することができる。ま
た、強磁性部分と非磁性部分とが共存する金属粉末複合
焼結体内に永久磁石が配置される構成を採用することが
できる。また、強磁性部分と非磁性部分とが共存する金
属粉末複合燒結体同志の組み合わせ境界部に永久磁石が
配置される構成を採用することができる。また、強磁性
部分と非磁性部分とが共存する金属粉末複合燒結体と、
強磁性部材との組み合わせにより回転子コアを構成する
ことができる。

【００１３】本発明における第２の発明においては、周
方向に永久磁石が配置されるとともに、この永久磁石を
囲包するカバーとを具備する回転機用表面磁石型回転子
であって、前記カバーは強磁性部と非磁性部とが共存す
る金属粉末複合焼結体からなるとともに、その非磁性部
は前記回転子の漏れ磁束を生じる位置に配置される、と
いう技術的手段を採用した。

【００１４】上記の第１および第２の発明において、前
記回転子の周方向に強磁性部分と非磁性部分とが交互に
形成されることが回転機用磁石回転子として極めて有用
である。

【００１５】本発明によれば、複数の永久磁石を回転子
コア内に配置する内部磁石型回転子、あるいは表面磁石
型回転子の外周側または内周側にカバー（ロータキャ
ン）を設けて回転子の機械的強度を向上させるいわゆる
キャンタイプロータ、あるいは配置される永久磁石の位
置決め用の突起を回転子コアに設けた表面磁石型回転子
等、およびその回転子を備えたモータや発電機等の回転
機において、その回転子コアに強磁性部分と非磁性部分
とが共存する金属粉末複合燒結体（好ましくは一体構造
のもの）を採用するとともに、回転子の磁極部分を前記
強磁性部分で構成し、かつ回転子の漏れ磁束を生じる部
分（すなわち回転子コアにおいて漏れ磁束が通る部分）
に前記非磁性（弱磁性も含む。）部分を配置することに
よって回転子の漏れ磁束を低減でき、モータ（発電）効
率に寄与する有効な磁束量のみを増加させることができ
る。また、漏れ磁束の低減化手段として、従来の内部磁
石型回転子におけるような、回転子コアの漏れ磁束発生
部分の磁気抵抗を高めるために回転子コアの一部の厚み
寸法を薄くする等の手段を用いる必要がなく、従来の表
面磁石型や内部磁石型の回転子を有するモータや発電機
に比べて設計自由度が広がる。したがって、構成が単純
でかつ組立性および耐久性が高く、しかも漏れ磁束が極
めて少ない高性能の回転機用磁石回転子を提供できるの
である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明を説明す
る。図１は本発明の実施の形態の一例を示す回転機用内
部磁石型回転子１０を示す斜視図である。図１におい
て、斜線で示される６６０の部分は回転子コア６５にお
ける非磁性部分（例えば、非磁性ステンレス鋼であるＳ
ＵＳ３０４粉末の燒結体組織部分）であり、６５０部分
は回転子コア６５における強磁性部分（例えば、純鉄粉
末の燒結体組織部分）であるとともに、回転子コア６５
は上記の純鉄燒結部とＳＵＳ３０４燒結部とを有する同
一素材からなる。そして、回転子コア１０の外周側にお
ける６５０部分に磁極Ｎおよび磁極Ｓが非磁性部（非磁
極部）６６０を挟んで交互に形成されている。回転子コ
ア６５には永久磁石１を回転子コア６５内に埋設配置す
るための貫通孔６８が４箇所設けられている。この貫通
孔６８に永久磁石１を挿入し、例えばエポキシ系接着剤
（例えば、アラルダイトＡＶ１３８等。）で回転子コア
６５内に緊密に固設する。また、永久磁石１には図１に
示す磁極パターンＮ，Ｓが付与され、回転子１０の外周
面に磁極Ｎ，Ｓが合計４極形成されている。

【００１７】図２に、図１の内部磁石型回転子１０を用
いたモータの要部断面図を示す。なお、図２において、
図１７と同一参照符号のものは図１７と同一の構成部分
を表す。図２の構成によれば、斜線で示される６６０の
部分が非磁性部分であるため、例えば前述した図１５、
図１７、図１８におけるような回転子コア内の磁束の短
絡の発生が抑制される。したがって漏れ磁束は極めて少
ない。なお、図２において仮に６６０部分が形成されな
い場合に発生する漏れ磁束Ｂを便宜上点線で示してい
る。ここで、６６０部分は図２における便宜上点線で示
される漏れ磁束Ｂの磁路を遮断し得る回転子コア６５内
の任意の位置に形成できる。

【００１８】次に、上記図１の回転子１０における回転
子コア６５の外径寸法は７４ｍｍ、シャフト（回転軸）
５を通すために設けた中心の穴部２００の直径は３０ｍ
ｍ、永久磁石１を回転子コア６５内に挿入配置するため
の貫通孔６８の寸法は磁化方向の厚み３．５ｍｍ×幅１
６ｍｍ×シャフト５方向の長さ２３ｍｍの永久磁石１を
挿入できる矩形孔であり、回転子コア６５のシャフト５
方向の長さも２３ｍｍである。貫通孔６８と回転子コア
６５外周面との間の厚み（最小厚み部分の厚み）は３ｍ
ｍ、貫通孔６８と中心の穴部２００間の厚み（最小厚み
部分の厚み）は３ｍｍとした。また、本発明のモータを
構成する固定子２０と回転子１０間のエアギャップ４の
最小厚みｔは０．３ｍｍとした。なお、この最小厚み寸
法０．３ｍｍは回転子１０の外周部における芯ぶれ０．
０５ｍｍ以下、倒れ０．０５ｍｍ以下という良好な寸法
精度によって回転子１０の回転時の偏芯量が最小限に抑
えられた結果実現された。

【００１９】図１および図２において、永久磁石１は残
留磁束密度Ｂｒ＝１．１５テスラ（以後、（Ｔ）と略
す。）のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結磁石（日立金属
（株）製ＨＳ−３２ＢＶ）を使用した。この永久磁石１
の表面には、その表面から順次、耐酸化性被膜として、
Ｃｕメッキ（例えば、平均膜厚２μｍ）、Ｎｉメッキ
（例えば、平均膜厚６０μｍ）、エポキシ樹脂コーティ
ング層（例えば、平均膜厚５０μｍ）の多層被膜が形成
されている。

【００２０】ここで、図１の回転子１０は、例えば以下
のような工程で製作することができる。すなわち、上記
のそれぞれ異なる組成の強磁性および非磁性金属粉末を
押出す２台の押出装置を使用して、回転子コア６５の形
状寸法に見合う複合金属粉末成形体の形状寸法とした
後、脱脂（例えば、水素雰囲気中での脱脂等。）、燒結
して回転子コア６５用のニアネット形状寸法の燒結体素
材としたのち、軽度の機械加工を行って回転子コア６５
を製作した。

【００２１】本発明の強磁性と非磁性とを有する金属粉
末複合燒結体を得るための前工程である金属粉末複合成
形体を得る手段として、押出成形法に使用する複合用ダ
イに設けた貫通孔に、強磁性金属粉末とバインダ（例え
ば、脱脂可能なメチルセルロース、ＥＶＡ等の結着剤
等）とからなる第１の混練体を通過させ所定断面に成形
するとともに、複合用ダイの外周部から、言い換えれば
複合用ダイの側面から、非磁性金属粉末とバインダとか
らなる複合用混練体（第２の混練体）を導入し、所定断
面を有し前記貫通孔の下流方向に連続したスリット状空
間で複合用混練体を同時に成形し、複合用ダイの出口で
第１と第２の混練体を一体化する方法を用いた。

【００２２】これにより、貫通孔を通過して所定形状に
成形された第１の混練体と、スリット状空間を通過して
所定形状に成形された第２の複合用混練体とが、複合用
ダイで同時に押出され、複合用ダイの出口で強磁性金属
粉末を含む強磁性成形体層（第１の混練成形体層）と非
磁性金属粉末を含む非磁性成形体層（第２の混練成形体
層）とが所定のパターンで分布するとともに圧着により
一体化された金属粉末複合成形体とすることができるの
である。上述したスリット状空間は、複合用ダイの外周
部から内部に向かって複合用混練体を供給するものであ
る。したがって、強磁性部と非磁性部とが共存する一体
の混練成形体を形成することができる。

【００２３】すなわち、本発明の回転子コアを形成する
ために使用する金属粉末複合成形体形成用の押出成形装
置（例えば、図１４参照）は、強磁性金属粉末とバイン
ダとの混練体を複合用ダイ２７に向かって押し出す第１
の押出装置１１と、前記混練体とは異なる非磁性金属粉
末を含有する複合用混練体を押し出す第２の押出装置１
５を具備しており、前記複合用ダイ２７は、第１の押出
装置からの混練体流路を構成する貫通孔２８と、前記複
合用ダイ２７の外周部から中心部に向かって構成され、
かつ前記貫通孔２８の下流方向に連続したスリット状空
間３４とを有し、このスリット状空間３４には前記第２
の押出装置１５が連結され、前記スリット状空間３４に
前記複合用混練体を押し出すものである。

【００２４】例えば、複合用ダイ２７としては、図１３
に示す構造を使用することができる。図１３のａは本発
明の複合用ダイ２７の一例を示す側面図であり、図１３
のｂは、そのＡ−Ａ断面図である。図１３のｂにおいて
は、図面後方から導入された第１混練体は、貫通孔２８
によって断面が貫通孔２８の形状に成形され紙面前方に
押し出される。一方、複合用ダイ２７の外周部に複合用
（第２）混練体を供給すると、貫通孔２８の外壁３３と
破線により示したマンドレル２９によって形成されるス
リット状空間３４に複合用（第２）混練体が満たされ、
スリット状空間３４の断面形状に成形されつつ、図面前
方に押し出される。複合用ダイ２７を通過すると貫通孔
２８とスリット状空間３４を隔てる薄い外壁３３がなく
なり、図１２に示す複合成形体となるものである。

【００２５】なお、図１４に示す通り、複合用ダイ２７
の下流側に、前記複合用ダイ２７の開口径よりも小さい
径を有する圧着用ダイ１８を備えるようにし、第１混練
体と複合用（第２）混練体とを圧着することが成形体密
度のより均一な金属粉末複合成形体を得る上で好まし
い。さらに、図１３ｂのマンドレル２９および外壁３３
の形状を変更することにより、本発明の回転子コアの強
磁性部および非磁性部の所望形成パターンに応じて、第
１混練成形体層（強磁性金属成形体層）と第２混練成形
体層（非磁性金属成形体層）とを自在に分布させ得る本
発明の複合金属粉末成形体を形成できる。また、本発明
の金属粉末複合成形体は、公知の切断手段（例えば、ワ
イヤー状の切断刃等）によって切断可能であり、薄板状
にカットすることにより薄板状の成形体を得ることがで
きる。こうして得られた金属粉末複合成形体を適宜の公
知条件で脱脂、燒結したのち必要な機械加工を施して本
発明の回転子コアを製作できる。なお、上記の薄板状金
属粉末複合成形体を脱脂、燒結して得られた薄板状の回
転子コア用燒結体素材に軽度の機械加工を施すことで薄
板状の金属粉末複合燒結体からなる回転子コア用薄板が
得られる。この薄板をその厚み方向が本発明の回転子の
回転軸方向と平行になるようにかつ隣接する薄板同志の
強磁性部分と非磁性部分とがその積層方向に一致して連
続するように位置決めされて積層されて形成された薄板
積層型の回転子コアは渦電流損失の低減化に極めて有効
である。この積層型回転子コアの薄板厚みは例えば０．
４５ｍｍとされる。この薄板厚み寸法は渦電流損失の低
減化の点から５ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下が特に
好ましいが、その反面、その薄板をより薄くするために
は上記金属粉末複合成形体の切断性および切断コスト、
燒結後の機械加工コスト等を考慮する必要があり、これ
らの制約からその厚み下限寸法は適宜決定されるべきも
のである。

【００２６】表１に、本発明による図２のモータと、回
転子コア６５を強磁性体のＳＳ４１のみで構成した以外
は図２のモータと同一構成の比較例のモータにおける磁
界解析結果（１磁極当たりのエアギャップ部総磁束量お
よび回転子コアを通過する漏れ磁束量の測定値。）を示
す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１より明らかなように、本発明のモータ
は比較例のモータに比べて一磁極当たりのエアギャップ
部総磁束量が２倍以上に高い。また、回転子コアを通過
する漏れ磁束量は総磁束量の１０％未満となり、比較例
のモータに比べて大幅に低減できていることがわかる。

【００２９】また、本発明の回転機用磁石回転子は、例
えば、図１のように永久磁石１の着磁方向（図１では永
久磁石１の磁気異方性化方向が着磁方向に一致してい
る。）が回転子１０の半径方向に直角な場合のみに限定
されるものではない。

【００３０】本発明の磁石回転子の他の実施例として、
例えば、図３は永久磁石１の着磁方向Ｍが回転子１０の
半径方向に対して角度Θ（０＜Θ＜９０度）を持って配
置された場合である。この配置では永久磁石１の数量が
回転子１０の外周側に形成される１磁極当たり２個とな
り、また回転子１０の任意の１磁極を形成する２個の永
久磁石は同極性磁極同志が対向配置されている。この構
成によって、角度Θを変えることにより１磁極当たりの
有効磁束量を自在に変えることができるという利点を有
する。そして、図３では図１と同様に回転子コア６５に
強磁性部分６５０と非磁性部分６６０とが形成されてい
る。なお、図３において、仮に６６０部分が形成されな
い場合に発生する漏れ磁束Ｂを便宜上点線で示してい
る。

【００３１】また、本発明の磁石回転子のさらに他の実
施例として、図４に永久磁石１の着磁方向が永久磁石１
の中心を通る回転子１０の半径方向に対して平行である
場合の要部断面図を示す。この実施例によれば、永久磁
石１が回転子コア６５内部に配置されて内部磁石型の磁
石回転子１０を構成しているが、この構成によって表面
磁石型の磁石回転子に近い有効磁束量が得られる。そし
て、図４では図１と同様に回転子コア６５に強磁性部分
６５０と非磁性部分６６０とが形成されている。なお、
図４において、仮に６６０部分が形成されない場合に発
生する漏れ磁束Ｂを便宜上点線で示している。

【００３２】また、本発明の磁石回転子のさらに他の実
施例として、図５に永久磁石１の断面形状がアーク状で
かつ永久磁石１が回転子コア６５の同心円上に所定間隔
をおいて配置された場合の要部断面図を示す。この実施
例によれば、図４の場合に比べて永久磁石１の形状が複
雑になるため、永久磁石１の加工性は悪くなるものの、
永久磁石１とエアギャップとの間の回転子コアの厚み寸
法ｔ10が回転子１０外周側に形成される磁極領域のほと
んどで一定になり得るので、図４の実施例に比較してさ
らに表面磁石型磁石回転子に近い有効磁束量が得られ
る。そして、図５では図１と同様に回転子コア６５に強
磁性部分６５０と非磁性部分６６０とが形成されてい
る。なお、図５において、仮に６６０部分が形成されな
い場合に発生する漏れ磁束Ｂを便宜上点線で示してい
る。

【００３３】図６は、本発明の磁石回転子のさらに他の
実施例として、永久磁石１の断面形状がかまぼこ状にな
っている場合の要部断面図を示している。この実施例で
は永久磁石１の中央の厚みが両端部に対して厚いため、
この回転子を公知の回転機（例えばモータや発電機
等。）に組込んで駆動させた場合、エアギャップにおけ
る回転子１０の回転方向の有効磁束密度分布を正弦波に
近づけることができるという利点を有する。そして、図
６では図１と同様に回転子コア６５に強磁性部分６５０
と非磁性部分６６０とが形成されている。なお、図６に
おいて、仮に６６０部分が形成されない場合に発生する
漏れ磁束Ｂを便宜上点線で示している。

【００３４】ここで、図３〜図６において図１と同一の
参照符号のものは図１と同一の構成部材を表しており、
また永久磁石１の着磁方向が磁気異方性化方向に一致し
ていることが回転機（モータや発電機等。）に組み込ま
れた場合に高い有効磁束量を得られるために好ましい。
そして、いずれの場合においても漏れ磁束Ｂを抑えるこ
とができるとともに、機械的強度、耐久性等の信頼性の
高い回転機を構成し得る。そして、例えば、上記図３〜
図６の回転子１０の各々を図２の回転子１０に代えて図
２のモータに組込むことによっても本発明の磁石回転子
を具備する高効率、高信頼性のモータを構成することが
できる。

【００３５】なお、図１〜図６の実施例においては本発
明の磁石回転子を構成する回転子コア６５が一体構造物
（例えば、本発明では上記薄板積層構造の回転子コアも
一体構造のものに含めることとする。）の場合を記載し
たが、回転子の使用条件や組立コスト、設計条件等を加
味して本発明の範囲内において分割型の回転子コアの構
成としてもよい。

【００３６】図７は、本発明の磁石回転子において、分
割型の回転子コア６５ａ〜６５ｄを用いて制作した回転
子１０の一実施例を示す要部断面図である。図７におい
て、強磁性部分６５０と非磁性部分６６０とが共存して
いる分割型の回転子コア６５の各部材６５ａ〜６５ｄは
各々その内部に永久磁石１が配置されており、これら分
割型回転子コア部材同志の組み合わせ境界８０を介して
機械的に接続されている。この実施例においては、永久
磁石１が前記複数の分割型回転子コアの各部材内部に各
々配置されているため、永久磁石１自体に外部からの応
力がかかりにくく、機械的に極めて堅牢な回転子１０を
構成できている。また、図７では図１と同様に分割型回
転子コア部材６５ａ〜６５ｄの各々に強磁性部分６５０
と非磁性部分６６０とが形成されている。なお、図７に
おいて、仮に６６０部分が形成されない場合に発生する
漏れ磁束Ｂを便宜上点線で示している。

【００３７】図８は、本発明の磁石回転子において、分
割型の回転子コア部材６５ａ〜６５ｄを用いて制作した
回転子１０の他の実施例を示す要部断面図である。図８
において、永久磁石１は強磁性部分６５０と非磁性部分
６６０とが共存している前記の分割型回転子コア部材同
志の組み合わせ境界部８０に設けられたくぼみ７１に配
置される。本実施例によれば、永久磁石１を図７のよう
な各分割型回転子コア部材の内部に形成された孔７０に
挿入配置するのではなく、分割型回転子コア部材６５ａ
と６５ｂの境界部、６５ｂと６５ｃの境界部、６５ｃと
６５ｄの境界部、６５ｄと６５ａの境界部に各々形成さ
れたくぼみ７１に配置した後、これらの分解型回転子コ
ア部材を機械的に接続して図８の内部磁石型回転子１０
を構成するため、特にシャフト５の軸方向に長い回転子
を構成する場合に有効な分割方法である。そして、図８
では図１と同様に分割型回転子コア部材６５ａ〜６５ｄ
の各々に強磁性部分６５０と非磁性部分６６０とが形成
されている。なお、図８において、仮に６６０部分が形
成されない場合に発生する漏れ磁束Ｂを便宜上点線で示
している。

【００３８】図９は、本発明の磁石回転子において、図
１と同様に強磁性部分６５０と非磁性部分６６０とが共
存している分割型回転子コア部材６５ａおよび６５ｂ
と、全体が強磁性部分（例えば、ＳＳ４１等の炭素鋼か
らなる。）である回転子コア部材４０ａおよび４０ｂと
を用いて制作した回転子１０の一実施例を示す要部断面
図である。図９において、永久磁石１は前記の６５ａと
４０ｂの境界部、４０ｂと６５ｂの境界部、６５ｂと４
０ａの境界部、４０ａと６５ａの境界部に形成されたく
ぼみ７２に各々配置される。本実施例によれば、永久磁
石１は図８と同様にシャフト５の軸方向に長い回転子を
構成する場合の組立性が良好で、かつ分割型回転子コア
部材の一部に安価でかつ高い有効磁束量の得られる一般
的な強磁性ヨーク材料であるＳＳ４１等（これ以外にも
例えばＳＳ４００、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼、ＳＵＳ４３０
等の公知のものを用い得る。）を使用したので安価でか
つ有効磁束量のより高い回転子１０を構成することが可
能である。なお、図９において、仮に６６０部分が形成
されない場合に発生する漏れ磁束Ｂを便宜上点線で示し
ている。

【００３９】また、図１０は、本発明の磁石回転子にお
ける分割型の回転子コア部材６５ｅおよび６５ｆを用い
て制作した回転子１０の一実施例を示す要部断面図であ
る。図１０において、永久磁石１は、回転子１０の半径
方向に分割されかつ図１と同様に強磁性部分６５０と非
磁性部分６６０とが共存している分割型回転子コア部材
６５ｅおよび６５ｆの間のくぼみ７３に配置されてい
る。そして、前記部材６５ｅおよび６５ｆを機械的に接
続して図１０の回転子１０を構成することができる。本
実施例によれば、くぼみ７３に永久磁石１を配置するこ
とにより、シャフト５の軸方向に長い回転子を構成する
場合の組立性が良好になるのみならず、分割型回転子コ
ア部材６５ｅと６５ｆは回転子１０の円周方向およびシ
ャフト５の軸方向に対して一体の部材で形成されている
ため、回転子１０の機械的強度が極めて堅牢で、かつ回
転子１０の外周側の良好な加工寸法精度が得られ、回転
子１０としての偏芯量を最小限に抑えられるという利点
を有している。なお、図１０において、仮に６６０部分
が形成されない場合に発生する漏れ磁束Ｂを便宜上点線
で示している。

【００４０】また、図７〜図１０において、図１と同一
の参照符号のものは図１と同一の構成部分を表してい
る。そして、いずれの場合においても漏れ磁束Ｂを抑え
ることができるとともに、機械的強度、耐久性等の信頼
性の高い回転機用磁石回転子を構成することができる。

【００４１】さらに、図７〜図１０において、前記分割
型回転子コア部材同志を機械的に接続固定して本発明の
磁石回転子を構成する手段としては、例えば前記分割型
回転子コア部材の各々にその回転子の回転軸方向の貫通
孔を複数箇所要所（上記回転子コアにおける非磁性部に
この貫通孔を設けることが好ましい。）に形成し、この
貫通孔の各々にボルト（例えば、非磁性ボルトが好まし
い。）を通して、さらにこの回転子の両端部に設けた押
さえ板にこれらボルトを通してナットで締結して永久磁
石とともに前記分割型回転子コア部材を機械的に接続固
定する方法、あるいは公知の溶接手段および／または接
着剤の使用による接続固定方法、あるいは前記分割型回
転子コア部材の各々にその回転子の回転軸方向の貫通孔
を複数箇所要所に形成した後、この貫通孔に低融点の非
磁性金属または合金を溶融状態で充填して冷却凝固させ
ることにより接続固定する方法、あるいは前記貫通孔に
プラスチックやゴム等（例えば、ガラス入りＰＢＴやＰ
ＰＳに代表されるフィラー入りのＦＲＰ等が好まし
い。）の溶融物を充填後冷却固化させて接続固定する方
法等を用いることができるが、本発明はこれらに限定さ
れるものではなく公知の機械的接続手段を使用できる。

【００４２】このように、本発明における内部磁石型回
転子に関する図１〜図１０の実施例に示すように、本発
明の回転機用磁石回転子を構成する回転子コアは強磁性
部分および非磁性部分とが共存した部材の単体または複
数で構成することができる。さらに、本発明の回転機用
磁石回転子は強磁性部分および非磁性部分とが共存した
部材と、全体が強磁性部分だけからなる強磁性部材との
組み合わせ（複合タイプ）で構成してもよい。また、強
磁性部分および非磁性部分とが共存した部材と、全体が
非磁性部分だけからなる非磁性部材との組み合わせ（複
合タイプ）で構成してもよい。

【００４３】次に、本発明の第２の発明である円筒形の
キャン（カバー）を配置したキャンタイプの表面磁石型
回転子について図１１により説明する。図１１におい
て、回転子３０の回転軸であるシャフト５を有する回転
子コア２（例えば、ＳＳ４００等。）の外周側にはセグ
メント状の永久磁石１１が配置されている。この永久磁
石１１には残留磁束密度Ｂｒ＝１．１５（Ｔ）のＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結磁石（日立金属（株）製ＨＳ−３
２ＢＶ）を使用している。なお、このセグメント磁石１
１の表面には、耐酸化性被膜として、Ｃｕメッキ（例え
ば、平均膜厚５μｍ）を下地として、このＣｕメッキの
上に、Ｎｉメッキ（例えば、平均膜厚８０μｍ）が形成
されている。また、永久磁石１１，１１間には空隙４５
が形成されている。次に、この永久磁石１１を外周側か
ら囲包被覆するカバー（キャン）８００が配置されてい
る。このカバー８００は、例えば、上記の図１４の押出
装置および、図１３の複合用ダイ２７における外壁３３
とマンドレル２９の形状寸法をこのカバー８００の強磁
性部分８５０と非磁性部分８６０との分布パターンに対
応させて調整された複合用ダイを用いて形成された金属
粉末複合成形体を脱脂、燒結後、得られたニアネット形
状寸法、すなわち回転子３０に配置される永久磁石１１
の外径寸法に対応する形状寸法を有するカバー８００用
金属粉末複合燒結体素材に軽度の機械加工を施してカバ
ー８００を形成した。カバー８００は公知の接着剤を用
いて永久磁石１１の表面に固着されている。なお、カバ
ー８００の他の固定手段としてはやきばめによる方法、
あるいはカバー８００を永久磁石１１および回転子コア
２よりも軸５の両方向にやや長く形成してそのカバー８
００の軸方向両端部を永久磁石１１および回転子コア２
の両側端面に係止するように折り込んで固定する方法等
を採用できる。ここで、カバー８００は強磁性部８５０
（ＳＳ４００粉末の燒結組織部）と非磁性部８６０（Ｓ
ＵＳ３０４粉末の燒結組織部）とが共存するひとつなが
りの金属粉末複合焼結体からなるとともに、その非磁性
部８６０が回転子３０の漏れ磁束を生じる位置に配置さ
れることを特徴としている。すなわち、非磁性部８６０
が回転子３０の外周部に形成されたＮ極とＳ極との間に
設けられていることから、カバー（ロータキャン）８０
０を通過する漏れ磁束を非常に小さな値に抑えることが
でき、かつ、カバー（ロータキャン）８００の磁極形成
部分は強磁性部８５０であるので、回転子３０と固定子
（図示せず）間のエアギャップ（磁気的なギャップ）は
カバー８００を用いない従来の表面磁石型回転子と同等
の狭さにすることができる。したがって、図１１の構成
の表面磁石型回転子３０における有効磁束量は、従来の
ようにカバー８００全体が非磁性体または強磁性体で構
成される場合に比べて約１０％以上増加させることがで
きる。このように、本発明の第２の発明によって、この
磁石回転子３０の外周部に強磁性部分８５０（磁極Ｎま
たは磁極Ｓ）および非磁性部分８６０（非磁極部分）と
が交互に形成されて、漏れ磁束が抑制されるとともに、
カバー８００によって永久磁石１１の回転耐久強度の向
上が達成されて信頼性の高い回転機用表面磁石型回転子
を構成することができる。なお、図１１において、仮に
８６０部分が形成されない場合に発生する漏れ磁束Ｂを
便宜上点線で示している。また、この８６０部分は図１
１における便宜上点線で示される磁束Ｂの磁路を遮断し
得るカバー８００内の任意の位置に形成できる。

【００４６】本発明に使用される金属粉末としては上記
に限定されるものではなく、例えば、強磁性金属粉末と
してはけい素鋼、マルテンサイト系やフェライト系に代
表される磁性ステンレス鋼、パーマロイ、パーメンダ
ー、ＳＳ４１やＳＳ４００等の炭素鋼、高マンガン鋼等
の公知の強磁性金属（合金）粉末を使用することが可能
である。また、非磁性金属粉末としてはアルミニウム合
金、非磁性ステンレス鋼、チタン合金等の公知の非磁性
金属（合金）粉末を使用することが可能である。なお、
上記の公知の強磁性金属（合金）粉末および非磁性金属
（合金）粉末の粒径は焼結性等を勘案して適宜に決定さ
れる。

【００４７】また、本発明に使用される永久磁石は公知
の製造方法（例えば粉末冶金法、塑性加工法（据え込
み、押し出し、圧延等）、ボンド磁石法、鋳造法、超急
冷法等）により製造可能である。具体例を挙げれば、永
久磁石としてその基本組成を表す一般式がＲ−Ｆｅ−Ｂ
系、Ｓｍ−Ｃｏ5系、Ｓｍ2ーＣｏ17系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ
系（ＲはＹを含むＮｄ，Ｄｙ，Ｐｒ等の希土類元素のう
ちの１種または２種以上であり、さらに必要に応じてＣ
ｏ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈ
ｆ，Ｎｉ，Ｖ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｐｔ，
Ｂｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｎ等から選ばれる１種
または２種以上の磁気特性に有効な元素を含有できる。
また、さらにＯ，Ｃ，Ｎ，Ｈ，Ｐ，Ｓ等から選ばれる１
種または２種以上の不可避不純物元素を含有できる。）
で示される希土類磁石、およびフェライト磁石、アルニ
コ磁石、Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ磁石等の公知の永久磁石材料の
１種または２種以上を使用することができる。さらに、
上記永久磁石材料の１種または２種以上からなる粉末状
粒子と、公知の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂やゴム材料
のうちの１種または２種以上とを主体として構成される
公知のボンド磁石材料（好ましくは異方性磁石）によっ
て本発明の永久磁石を構成してもよい。なお、上記のう
ちＲ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石は酸化防止のために表面に
耐酸化性の被覆層（例えばＮｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ−Ｐ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｐｂ、Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕ等
の１種または２種以上からなるとともに公知の無電解ま
たは電気メッキ手段により形成されるメッキ層；あるい
は耐酸化性能の高い公知の金属（合金）や樹脂を全面に
均一コートして形成される真空蒸着層；あるいはイオン
スパッタリング、イオンプレーティング、ＩＶＤ、ＥＶ
Ｄ等により形成される被覆層；あるいはエポキシ樹脂等
の電着塗装被膜等）を形成させることが好ましい。そし
て、より優れた耐酸化性を付与する場合は上述の被覆層
形成手段を組み合わせて、例えばＣｕメッキ（数μｍ〜
数十μｍの層厚）の上にＮｉメッキ（数μｍ〜数十μｍ
の層厚）を被覆し、さらにその上にエポキシ樹脂を電着
コート（数μｍ〜数十μｍの層厚）する等の多層膜の構
成を採用することが好ましい。そして、上記のうちＮｄ
−Ｆｅ−Ｂ系の異方性燒結磁石および／またはボンド磁
石（好ましくは異方性磁石）が特に好ましい。

【００４８】本発明の回転機用磁石回転子においては、
回転子の磁極数や寸法形状等は限定されるものではな
く、使用目的に応じて適宜決定され得るものであるが、
特に磁極数が４〜１００極のものに極めて有用である。
また、上記実施の形態例においては、回転子の外周側に
形成される磁極パターンが対称に形成されているが、非
対称の磁極パターンとしてもよい。また、上記実施の形
態例においては、モータについて記載したが、発電機に
も適用し得ることは当然である。また、上記実施の形態
例においては、本発明の磁石回転子がエアギャップを介
して固定子の内周側に配置されるいわゆるインナーロー
タの場合を記載したが、本発明の磁石回転子をエアギャ
ップを介して固定子の外周側に配置されるいわゆるアウ
ターロータに有効に適用し得ることは無論である。

【００４９】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成及び作用
であるから、下記の効果を奏し得る。 （１）内部磁石型回転子の磁極間に発生する漏れ磁束を
抑制することができ、発生磁束の利用効率の非常に高い
内部磁石回転子が構成できる。 （２）表面磁石型回転子の磁極間に発生する漏れ磁束を
抑制することができ、発生磁束の利用効率の非常に高い
表面磁石回転子が構成できる。 （３）機械的設計と磁気的設計を独立に行えることから
回転機用磁石回転子の設計の自由度が増し、永久磁石か
ら発生する磁束を有効に利用しながら、かつ機械的強
度、耐久性等の信頼性の高い磁石回転子（内部磁石型、
表面磁石型）が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁石回転子の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の磁石回転子を組み込んだモータの一例
を示す要部断面図である。

【図３】永久磁石の着磁方向が半径方向に対してある角
度を持って配置された本発明の磁石回転子の一例を示す
要部断面図である。

【図４】永久磁石の着磁方向が永久磁石の中心を通る半
径方向に対して平行である本発明の磁石回転子の一例を
示す要部断面図である。

【図５】永久磁石の着磁方向が半径方向に対して平行
で、かつ断面形状がアーク状であるとともに回転子コア
の同心円位置に配置された本発明の磁石回転子の一例を
示す要部断面図である。

【図６】永久磁石の着磁方向が半径方向に対して平行
で、かつその断面形状がかまぼこ状に形成されている本
発明の磁石回転子の一例を示す要部断面図である。

【図７】回転子コアが複数の部材によって構成されてい
る本発明の磁石回転子の一例を示す要部断面図である。

【図８】回転子コアが複数の部材によって構成されてい
る本発明の磁石回転子の他の例を示す要部断面図であ
る。

【図９】回転子コアが複数の部材によって構成されてい
る本発明の磁石回転子の他の例を示す要部断面図であ
る。

【図１０】回転子コアが半径方向に分割された複数の部
材によって構成されている本発明の磁石回転子の一例を
示す要部断面図である。

【図１１】ロータキャンを回転子表面に設置した本発明
の表面磁石型回転子を示す要部断面図である。

【図１２】本発明の金属粉末複合成形体の一例を示す図
である。

【図１３】金属粉末複合成形体を形成する押出成形装置
の一例を示し、主要部となる複合用ダイの要部断面図ａ
およびそのＡ−Ａ線断面図ｂを示す図である。

【図１４】金属粉末複合成形体を形成する押出成形装置
の一例を示す図である。

【図１５】従来の表面磁石型ロータを備えたモータを示
す要部断面図である。

【図１６】従来のロータキャン付きの表面磁石型回転子
を示す要部断面図である。

【図１７】従来の内部磁石型回転子を備えたモータの例
を示す要部断面図である。

【図１８】回転子コアの一部分を薄くした従来の内部磁
石型回転子の例を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１１，永久磁石、 ２，６５ 回転子
コア、３，３ａ，３ｂ，３ｃ 固定子コア、 ４，４ａ
エアギャップ、５ シャフト、７ 巻線、８，８００
ロ−タキャン、１０，３０，４３ 回転子、２０ 固
定子、４０ａ，４０ｂ 全体が強磁性部分からなる分割
型回転子コア部材、４５ 空隙、６５ａ，６５ｂ，６５
ｃ，６５ｄ，６５ｅ，６５ｆ 強磁性部分と非磁性部分
とが共存する分割型回転子コア部材、６８，２００
孔、７０，７１，７２，７３ くぼみ、 ８０ 回転子
コア部材同志の組み合わせ境界、６５０，８５０ 強磁
性部分、６６０，８６０ 非磁性部分、Ａ，Ａ1，Ａ2，
Ａ3 有効磁束、Ｂ，Ｂ1，Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4 漏れ磁束、
ｔ,ｔ30，ｔ40 エアギャップの最小厚み、ｔ1，ｔ2回
転子コアの最小厚み、ｔ10 永久磁石とエアギャップの
間の回転子コア厚み。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子コアと、永久磁石とを具備する回
   転機用磁石回転子であって、回転子コアは、強磁性部と
   非磁性部とが共存する金属粉末複合焼結体により構成さ
   れるとともに、その非磁性部が回転子コアの漏れ磁束を
   生じる位置に配置されることを特徴とする回転機用磁石
   回転子。
2. 【請求項２】 複数の永久磁石が回転子コア内に配置さ
   れた内部磁石型回転子であることを特徴とする請求項１
   に記載の回転機用磁石回転子。
3. 【請求項３】 強磁性部と非磁性部とが共存する一体構
   造の金属粉末複合焼結体により回転子コアが構成される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転機用磁
   石回転子。
4. 【請求項４】 強磁性部と非磁性部とが共存する金属粉
   末複合焼結体の２以上の組み合わせにより回転子コアが
   構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の
   回転機用磁石回転子。
5. 【請求項５】 強磁性部分と非磁性部分とが共存する金
   属粉末複合焼結体内に永久磁石が配置されることを特徴
   とする請求項４に記載の回転機用磁石回転子。
6. 【請求項６】 強磁性部分と非磁性部分とが共存する金
   属粉末複合燒結体同志の組み合わせ境界部に永久磁石が
   配置されることを特徴とする請求項４に記載の回転機用
   磁石回転子。
7. 【請求項７】 強磁性部分と非磁性部分とが共存する金
   属粉末複合燒結体と、強磁性部材との組み合わせにより
   回転子コアが構成されることを特徴とする請求項４に記
   載の回転機用磁石回転子。
8. 【請求項８】 周方向に永久磁石が配置されるととも
   に、この永久磁石を囲包するカバーとを具備する回転機
   用表面磁石型回転子であって、 前記カバーは強磁性部と非磁性部とが共存する金属粉末
   複合焼結体からなるとともに、その非磁性部は前記回転
   子の漏れ磁束を生じる位置に配置されることを特徴とす
   る回転機用表面磁石型回転子。
9. 【請求項９】 前記回転子の周方向に強磁性部分と非磁
   性部分とが交互に形成されることを特徴とする請求項１
   ないし８のいずれかに記載の回転機用磁石回転子。