JPWO2016042720A1 - 電動機 - Google Patents

Abstract

本発明の電動機（１００）は、ロータコア（１１）を有するロータ（１０）を備える。ロータコア（１１）は、軸心（１２ａ）に沿って形成される外周面（１１ｂ）と、複数の磁石孔（１３）と、を含む。磁石孔（１３）は、回転軸（１２）側に位置する凸面と、外周面（１１ｂ）側に位置する凹面と、を含む。α１は、外周面（１１ｂ）側に位置する端部の凸面と凹面との幅である。β１は、回転軸（１２）側に位置する中央部の凸面と凹面との幅である。磁石孔（１３）は、α１がβ１よりも広い。ボンド磁石（１４）は、磁石孔（１３）に充填される。α２は、端部に位置する磁石成分の配向方向の厚みである。β２は、中央部に位置する磁石成分の配向方向の厚みである。複数のボンド磁石（１４）は、α２がβ２よりも大きい。

Description

本発明は、ロータコアの内部に複数の永久磁石を有する、磁石埋込型ロータを備える電動機に関する。

従来、永久磁石が用いられた電動機は、ステータの内周側に、ギャップを介して、ロータが位置する。

ステータは、略円筒状であり、回転磁界を発生する。

ロータは、回転軸と、ロータコアと、を備える。ロータは、回転軸を中心に回転する。ロータコアには、永久磁石が挿入される磁石孔が形成される。ロータは、ロータコアに挿入された永久磁石により、磁極が形成される。

本構成のように、永久磁石がロータコアの内部に埋め込まれた電動機は、磁石埋込型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータともいう。

永久磁石には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石を小片にしたものや、フェライト焼結磁石を小片にしたもの等が広く用いられる。

永久磁石の小片を用いる場合、ロータコアに形成される磁石孔は、永久磁石の小片の外形よりも少し大きい寸法で形成される。磁石孔が永久磁石の小片の外形よりも少し大きい寸法であれば、ロータを組み立てる際の作業性が向上する。作業性が向上する理由は、以下のとおりである。

すなわち、ロータコアに形成される磁石孔は、金属を加工する工程を経て、形成される。以下、金属を加工する工程を、金属加工工程という。よって、磁石孔には、高い精度の加工が施されるため、寸法公差は小さい。

一方、上述した永久磁石の小片は、磁石粉末等を焼結する工程を経て、作成される。以下、磁石粉末等を焼結する工程を、焼結工程という。焼結工程は、陶磁器などが窯で焼かれる工程に似ている。よって、焼結工程を経た、永久磁石の小片には、反りや撓みなどの変形が生じることがある。永久磁石の小片に生じた変形は、砥石等で研磨する工程を経ることができれば、解消できる。以下、砥石等で研磨される工程を、研磨工程という。

電動機では、永久磁石の小片に生じた変形に対応するために、研磨工程を採用していない。あるいは、電動機において、研磨工程を採用したとしても、永久磁石の小片を研磨できる量は僅かである。しかも、永久磁石の小片を研磨する精度は、低い。

従って、上述したように、電動機では、磁石孔の寸法を永久磁石の小片の外形よりも少し大きくすることで、永久磁石の小片に生じた変形に対応している。なお、研磨工程を用いる場合、つぎの不具合が生じる。つまり、不具合とは、設備が必要となる点、作業工程が増える点などである。

しかしながら、磁石孔の寸法を永久磁石の小片の外形よりも少し大きくする場合、ロータコアと永久磁石の小片との間には隙間が生じる。ロータコアと永久磁石の小片との間に生じた隙間は、磁気抵抗として作用する。よって、ロータの表面に生じる磁束密度は低下する。

また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石やフェライト焼結磁石等で作成される、永久磁石の小片は、陶磁器のように、硬く、脆いという性質を有する。よって、永久磁石の小片は、その形状を複雑にすることができない。

具体的に、永久磁石の小片では、つぎの形状が採用される。すなわち、永久磁石の小片は、断面形状が長方形である、柱体である。断面形状が長方形の柱体は、平面状の板体である。その他、永久磁石の小片は、断面形状が台形である、柱体である。永久磁石の小片は、断面形状が円弧状である、柱体である。断面形状が円弧状の柱体は、断面形状が略Ｕ字状の板体である。

上述した成形過程を経て作成される、いずれの永久磁石の小片も、寸法公差が大きい。よって、これらの永久磁石の小片を採用する場合、ロータコアと永久磁石の小片との間には、隙間が生じる。

この対応として、特許文献１では、磁石孔にボンド磁石を有する、磁石埋込型ロータが開示されている。ボンド磁石は、磁石孔に対して、ボンド磁石を成す混合物が充填される。ボンド磁石を成す混合物は、磁石粉末と、樹脂材料と、少量の添加剤とを含む。ボンド磁石を成す混合物は、磁石粉末、樹脂材料および少量の添加剤等が溶融した状態で用いられる。ボンド磁石は、ボンド磁石を成す混合物が磁石孔に充填された後、加圧などの工程を経て、成形される。以下、ボンド磁石が成形される工程を、成形工程という。

特に、樹脂材料として熱硬化性樹脂が用いられる場合、成形工程は、つぎの工程を含む。すなわち、成形工程では、混合物を加熱して、加熱された混合物を溶融する、加熱工程を含む。加熱された混合物では、熱硬化反応が生じるため、混合物は硬化する。硬化した混合物は、冷却工程を経て、冷却される。冷却された混合物は、ボンド磁石となる。

また、樹脂材料として熱可塑性樹脂が用いられる場合、成形工程は、つぎの工程を含む。すなわち、成形工程では、混合物を加熱して、加熱された混合物を溶融する、加熱工程を含む。加熱された混合物は、冷却工程を経て、冷却される。冷却された混合物は、再硬化し、ボンド磁石となる。

なお、以下の説明において、ボンド磁石を成す混合物を、ボンド磁石ということもある。

本構成とすれば、ボンド磁石は、ロータコアに形成された磁石孔の形状に合わせて、隙間なく形成される。よって、ロータコアとボンド磁石との間には隙間が生じないため、ロータの表面に生じる磁束密度の低下は抑制される。

また、特許文献２では、複数のゲートを有するインサート金型を用いた、磁石埋込型ロータの製造方法が開示されている。ゲートとは、ボンド磁石が充填される流入口である。特許文献２では、上述したインサート金型を用いて、磁石孔の両端から、ボンド磁石を成す混合物が充填される。

特開平１０−３０４６１０号公報 特開２０１３−１２１２４０号公報

本発明が対象とする電動機は、ステータと、ロータと、を備える。

ステータは、駆動電流が流される巻線と、巻線が巻き回されるステータコアと、を有する。

ロータは、回転軸と、ロータコアと、複数のボンド磁石と、を有する。

ロータコアは、回転軸に取り付けられて、回転軸の軸心方向に柱体を成す。ロータコアは、軸心に沿って形成される外周面と、複数の磁石孔と、を含む。複数の磁石孔のそれぞれは、外周面に沿って位置する。複数の磁石孔のそれぞれは、回転軸側に位置する凸面と、外周面側に位置する凹面と、を含む。複数の磁石孔のそれぞれは、外周面から回転軸が位置する方向に向かって凸となる形状を成す。ここで、α１は、外周面側に位置する端部の凸面と凹面との幅である。β１は、回転軸側に位置する中央部の凸面と凹面との幅である。このとき、複数の磁石孔のそれぞれは、α１がβ１よりも広い。

複数のボンド磁石は、複数の磁石孔のそれぞれに充填される。ここで、α２は、端部に位置する磁石成分の配向方向の厚みである。β２は、中央部に位置する磁石成分の配向方向の厚みである。このとき、複数のボンド磁石のそれぞれは、α２がβ２よりも大きい。

さらに、ロータは、複数のｄ軸磁束通路と、複数のｑ軸磁束通路と、を有する。複数のｄ軸磁束通路は、巻線に駆動電流が流されるとき、ステータが発生する回転磁界によってロータに生じる回転トルクのうち、マグネットトルクを発生する。同様に、複数のｑ軸磁束通路は、回転トルクのうち、リラクタンストルクを発生する。

ｄ軸磁束通路のそれぞれは、複数のボンド磁石のそれぞれと交差して位置する。ｑ軸磁束通路のそれぞれは、複数のボンド磁石のそれぞれに沿って位置する。

図１は、本発明の実施の形態における電動機を構成する主要部の斜視組立図である。 図２は、本発明の実施の形態における電動機を構成する主要部の組立工程を示すフロー図である。 図３は、本発明の実施の形態における電動機の断面図である。 図４は、本発明の実施の形態における電動機に用いられるロータに生じる磁束通路を示す説明図である。 図５は、図３に示す電動機の要部拡大図である。 図６は、図３に示す電動機の他の要部拡大図である。 図７は、図３に示す電動機の他の要部拡大図である。 図８は、図７中に示す８−８断面図である。 図９は、図３に示す電動機の他の要部拡大図である。 図１０は、本発明の実施の形態における電動機に用いられる磁石埋込型ロータにおいて、磁石孔に充填されるボンド磁石を成す混合物のゲート位置からの距離と、硬化したボンド磁石の密度と、の特性を示すグラフである。

本発明の実施の形態である電動機は、後述する構成により、電動機の体格を大きくすることなく、安価で、磁気特性の劣化を抑制できる。

つまり、従来の電動機に用いられる磁石埋込型ロータにおいて、特許文献１に開示されたボンド磁石を用いるにあたり、特許文献２に開示された製造方法を用いるには、つぎの課題があった。すなわち、それぞれの磁石孔の両端から充填されたボンド磁石を成す混合物は、それぞれの磁石孔の中央部へ向かう流れを形成する。磁石孔の両端から充填された混合物は、ボンド磁石の流れが合流する場所で、ウェルドを形成する。成形工程を経て硬化した混合物は、ウェルドを含んだ状態で、ボンド磁石となる。よって、上述する製造方法で製造されたボンド磁石は、ウェルドが生じる磁石孔の中央部で磁気特性が劣化する。

そこで、本発明の実施の形態における電動機は、後述する構成により、ボンド磁石を成す混合物が流動し易くなるため、ボンド磁石の密度が低下することを抑制できる。よって、磁石孔の中央部からボンド磁石を成す混合物を充填した場合でも、磁石孔の端部において、ボンド磁石の磁気特性の劣化を抑制できる。

さらに、本発明の実施の形態における電動機は、ゲートが位置する地点から遠方に位置する、ボンド磁石が含む磁石端部の厚みα２のみを厚くしている。本構成によれば、ボンド磁石を形成する材料の使用量が大きく増えることはない。よって、電動機の体格を大きくすることなく、安価な電動機を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における電動機を構成する主要部の斜視組立図である。図２は、本発明の実施の形態における電動機を構成する主要部の組立工程を示すフロー図である。

また、図３は、本発明の実施の形態における電動機の断面図である。図４は、本発明の実施の形態における電動機に用いられるロータに生じる磁束通路を示す説明図である。図５は、図３に示す電動機の要部拡大図である。図６、図７、図９は、図３に示す電動機の他の要部拡大図である。図８は、図７中に示す８−８断面図である。

さらに、図１０は、本発明の実施の形態における電動機に用いられる磁石埋込型ロータにおいて、磁石孔に充填されるボンド磁石を成す混合物のゲート位置からの距離と、硬化したボンド磁石の密度と、の特性を示すグラフである。

まず、図１、図２を用いて、本発明の実施の形態における電動機１００を組み立てる工程の一例について、概要を説明する。

図１に示すように、本実施の形態における電動機１００は、磁石埋込型ロータ１０と、ステータ４０と、を備える。なお、以下の説明において、磁石埋込型ロータ１０は、単に、ロータ１０ということもある。

図２に示すように、ロータ１０と、ステータ４０とは、並行して準備される。

まず、ロータ１０は、ロータコア１１が準備される（Ｓ１）。ロータコア１１を構成する薄い鋼板が、金型で打ち抜かれる。それぞれの鋼板は、金型により、磁石孔も打ち抜かれる。金型で打ち抜かれた、複数の鋼板には、回転軸１２が挿入される。複数の鋼板は、回転軸１２の軸心に沿って積層されて、ロータコア１１を形成する。

つぎに、ロータコア１１に形成された磁石孔には、ボンド磁石を成す混合物が充填される（Ｓ２）。ボンド磁石を成す混合物は、磁石粉末、樹脂材料および少量の添加剤等が溶融した状態で用いられる。ボンド磁石を成す混合物は、インサート金型が含むゲートから磁石孔に充填される。

ロータ１０に充填された混合物は、成形工程を経て硬化され、ボンド磁石となる。成形工程は、混合物に含まれる樹脂材料の特性に応じた工程が施される（Ｓ３）。

一方、ステータ４０は、ステータコア４１が準備される（Ｓ４）。ステータコア４１は、ロータコア１１と同様、薄い鋼板が積層されて形成できる。ステータコア４１には、絶縁部材であるインシュレータ４２が取り付けられる（Ｓ５）。

つぎに、インシュレータ４２が取り付けられたステータコア４１には、電流が流される巻線４３が巻き回される（Ｓ６）。

それぞれに準備された、ロータ１０と、ステータ４０とは、組み合わされる（Ｓ７）。図３に示すように、本実施の形態における電動機１００は、ステータ４０の内周側に、ギャップを介して、ロータ１０が組み込まれる。電動機１００の主要部分の説明は、後述する。図１に示すように、ロータ１０が、ステータ４０に組み込まれる際、ロータ１０が備える回転軸１２には、一対の軸受３０が取り付けられる。ロータ１０は、一対の軸受３０により、回転自在に支持される。

つぎに、図３から図１０を用いて、本発明の実施の形態における電動機について、詳細に説明する。なお、以下の説明において、ロータは、磁石埋込型ロータを例示して説明する。

図３に示すように、本実施の形態における電動機１００は、ステータ４０と、ロータ１０と、を備える。

ステータ４０は、駆動電流が流される巻線（４３）と、巻線（４３）が巻き回されるステータコア４１と、を有する。

ロータ１０は、回転軸１２と、ロータコア１１と、複数のボンド磁石１４と、を有する。

ロータコア１１は、回転軸１２に取り付けられて、回転軸１２の軸心１２ａ方向に柱体を成す。ロータコア１１は、軸心１２ａに沿って形成される外周面１１ｂと、複数の磁石孔１３と、を含む。複数の磁石孔１３のそれぞれは、外周面１１ｂに沿って位置する。

図５に示すように、複数の磁石孔１３のそれぞれは、回転軸１２側に位置する凸面１７ａと、外周面１１ｂ側に位置する凹面１８ａと、を含む。複数の磁石孔１３のそれぞれは、外周面１１ｂから回転軸１２が位置する方向に向かって凸となる形状を成す。ここで、α１は、外周面１１ｂ側に位置する端部１５ａの凸面１７ａと凹面１８ａとの幅である。β１は、回転軸１２側に位置する中央部１６ａの凸面１７ａと凹面１８ａとの幅である。このとき、複数の磁石孔１３のそれぞれは、α１がβ１よりも広い。

複数のボンド磁石１４は、複数の磁石孔１３のそれぞれに充填される。ここで、α２は、端部１５ａに位置する磁石成分の配向方向の厚みである。β２は、中央部１６ａに位置する磁石成分の配向方向の厚みである。このとき、複数のボンド磁石１４のそれぞれは、α２がβ２よりも大きい。

さらに、図４に示すように、ロータ１０は、複数のｄ軸磁束通路２０と、複数のｑ軸磁束通路２１と、を有する。複数のｄ軸磁束通路２０は、巻線（４３）に駆動電流が流されるとき、ステータ４０が発生する回転磁界によってロータ１０に生じる回転トルクのうち、マグネットトルクを発生する。同様に、複数のｑ軸磁束通路２１は、回転トルクのうち、リラクタンストルクを発生する。

ｄ軸磁束通路２０のそれぞれは、複数のボンド磁石１４のそれぞれと交差して位置する。ｑ軸磁束通路２１のそれぞれは、複数のボンド磁石１４のそれぞれに沿って位置する。

なお、本実施の形態において、ボンド磁石１４は、磁石孔１３に充填して形成される。よって、磁石孔１３の厚みを示す、α１、β１と、ボンド磁石１４の厚みを示す、α２、β２とは、実質的に、つぎの関係となる。すなわち、α１＝α２、β１＝β２となる。

特に顕著な作用効果を奏する、電動機は、以下のとおりである。

すなわち、図３、図５に示すように、複数のボンド磁石１４は、それぞれ、端部１５ａに位置する部分の磁石の密度が中央部１６ａに位置する部分の磁石の密度よりも低い。

また、図９に示すように、ボンド磁石１４は、さらにインサート金型を介して複数の磁石孔１３のそれぞれに対して充填される。ボンド磁石１４は、つぎの条件を満たす。つまり、地点Ｐ１に充填されるボンド磁石１４の密度をＸとする。インサート金型が含むゲート５０が位置する地点Ｐ２から地点Ｐ１までの距離をＹとする。ボンド磁石１４の理論材料密度をＣとする。このとき、ボンド磁石１４の密度の減少率Ａは、Ａ＝Ｘ／（Ｙ×Ｃ）で表される。また、ボンド磁石１４は、磁石中央部１６に位置する磁石成分の配向方向の厚みβ２は、β２＝Ａ×α２を満たす。本構成について、詳細は、後述する。

また、図５に示すように、ボンド磁石１４は、中央部１６ａに位置する磁石中央部１６が有する減磁耐力Ｄ１と、端部１５ａに位置する磁石端部１５が有する減磁耐力Ｄ２とが等しい。なお、減磁耐力Ｄ１と減磁耐力Ｄ２とが等しいとは、実使用上、等しいことをいう。換言すれば、減磁耐力Ｄ１と減磁耐力Ｄ２とが完全に一致する場合のみを意図するものではない。本構成について、詳細は、後述する。

また、図５に示すように、複数の磁石孔１３のそれぞれは、外周面１１ｂから回転軸１２が位置する方向に向かって凸となる円弧状である。各磁石孔１３は、凹面１８ａが含む円弧１８を成す半径Ｒ１は、凸面１７ａが含む円弧１７を成す半径Ｒ２よりも短い。

また、図６に示すように、凹面１８ａが含む円弧１８は、２以上の異なる曲率１／Ｒ１ａ、１／Ｒ１ｂを有する。

さらに、図面を用いて、本実施の形態における電動機に用いられる磁石埋込型ロータについて、詳細に説明する。

図１、図３に示すように、電動機１００は、ロータ１０と、ステータ４０と、を備える。ステータ４０は、回転軸１２の軸心１２ａに向かって延伸するティース４４を含む。ステータ４０は、ティース４４に巻線４３が巻き回される。巻線４３が含む芯線は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のうち、いずれかを含むものが使用できる。

ロータ１０は、ロータコア１１と、複数の磁石孔１３と、ボンド磁石１４と、を備える。ロータコア１１は、打ち抜かれた鋼板１１ａが回転軸１２の軸心１２ａ方向に積層して、構成される。ボンド磁石１４を成す混合物（１４ａ）は、磁石孔１３に充填される。

図３、図５に示すように、ボンド磁石１４は、磁石中央部１６が回転軸１２に向かって凸となるような円弧状である。ボンド磁石１４は、ロータコア１１の外周面１１ｂ近傍に磁石端部１５を含む。磁石端部１５は、磁石成分の配向方向の厚みがα２である。磁石中央部１６は、磁石成分の配向方向の厚みがβ２である。以下、磁石成分の配向方向の厚みを磁石厚ともいう。磁石厚α２と、磁石厚β２とは、α２＞β２の関係である。

図５に示すように、本実施の形態におけるロータ１０に用いられるボンド磁石１４は、つぎの構成とすることで、α２＞β２の関係を形成する。すなわち、ボンド磁石１４は、凹面１８ａが含む円弧１８をなす半径Ｒ１が、凸面１７ａが含む円弧１７をなす半径Ｒ２より短い。

なお、図６に示すように、本実施の形態において、ロータ１０に用いられるボンド磁石１４は、つぎの構成とすることで、磁石厚α２、β２を自由に設定できる。

すなわち、ボンド磁石１４は、凹面１８ａが含む円弧１８を成す半径が２以上の異なる曲率１／Ｒ１ａ、１／Ｒ１ｂを含む。つまり、凹面１８ａが含む円弧１８を成す半径は、異なる曲率１／Ｒ１ａ、１／Ｒ１ｂの円弧がつながれて、形成される。

ところで、インサート金型が含むゲートを用いて、ボンド磁石を成す混合物を、磁石孔の中央部分から充填する場合、つぎの不具合が生じることがあった。

すなわち、ボンド磁石を成す混合物が充填される、ゲート位置の近傍と、ゲートから遠方に位置する部分では、混合物が硬化して得られたボンド磁石の密度が異なることがあった。つまり、ゲートから遠方に位置する部分、例えば、磁石端部では、ボンド磁石を成す混合物の充填圧力が低下する場合と同様の結果となっていた。

この結果、混合物が硬化して得られたボンド磁石において、ボンド磁石の密度が低い部分では、磁気特性の低下を招くことがあった。

そこで、図７、図８に示すように、本実施の形態における電動機に用いられるロータは、つぎの形状を採用する。すなわち、磁石孔１３は、中央部１６ａに位置する磁石中央部１６よりも、端部１５ａに位置する磁石端部１５のほうが、幅は広い。

本構成とすれば、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、インサート金型が含むゲート５０から、磁石孔１３に充填される。本実施の形態において、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、磁石孔１３の中央部１６ａから充填される。充填されるボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、磁石粉末と、樹脂材料と、複数の添加剤と、が混合される。

このとき、ロータ１０は、ゲート５０が設置される中央部１６ａに位置する磁石中央部１６の磁石厚β２に対して、ゲート５０から遠方の端部１５ａに位置する磁石端部１５の磁石厚α２が厚い。よって、端部１５ａにおいても、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、流動し易い。したがって、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、磁石孔１３の中央部１６ａから磁石孔１３の端部１５ａにおいて、従来よりも密度の変化が緩和される。混合物１４ａは密度の変化が緩和されるため、混合物１４ａが硬化して得られたボンド磁石１４には、極端な密度の変化が生じない。この結果、ボンド磁石１４は、局部的に、磁気特性の低下を招くことがない。

しかも、本構成は、ゲート５０から遠方に位置する磁石端部１５の磁石厚α２のみを厚くしている。よって、上述した作用効果に加え、ボンド磁石１４を成す材料の使用量を低減できる。したがって、本実施の形態におけるロータ１０は、電動機１００の体格を大きくすることなく、安価で、磁気特性の劣化を抑制できる。

具体的に、本実施の形態における電動機に用いられるロータは、つぎの関係を満たすように構成される。すなわち、ボンド磁石１４の密度の減少率をＡとする。このとき、ボンド磁石１４は、磁石端部１５の磁石厚α２と、磁石中央部１６の磁石厚β２とは、（１）式を満たす。

β２＝Ａ×α２ （１）
ここで、ボンド磁石１４の密度を表す減少率Ａは、つぎの式で表される。すなわち、図９に示すように、磁石孔１３の任意の地点Ｐ１において、充填されるボンド磁石１４の密度をＸとする。ゲート５０が位置する地点Ｐ２から、任意の地点Ｐ１までの距離をＹとする。ボンド磁石１４の理論材料密度Ｃをとする。このとき、減少率Ａは、（式２）で表される。

Ａ＝Ｘ／（Ｙ×Ｃ） （２）
つぎに、図８に示すように、回転軸１２の軸心１２ａに沿った方向において、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、ロータコア１１の端面１１ｃから磁石孔１３に向かって充填される。ボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、インサート金型が含むゲート５０から供給される。

図１０に示すように、ゲート５０が位置する側（端面１１ｃ側）よりも、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａの充填が進行する端面１１ｄ側のほうが、ボンド磁石１４の密度は低くなる。なお、図１０中、端面１１ｄ側を反ゲート側と記す。

図１０から明らかなように、ゲート側から反ゲート側に進むに従って、混合物１４ａが硬化して得られたボンド磁石１４の密度は低下する。この理由は、原理的に、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａの充填圧力が、ゲート位置に対する距離に比例して低下することが原因と考えられる。

そこで、本実施の形態における電動機に用いられるロータによれば、磁石端部１５の磁石厚α２が、ボンド磁石１４の密度の減少率に比例して調整できる。具体的には、ボンド磁石１４の密度が低下する磁石端部１５において、磁石厚α２は厚くされる。磁石厚α２は、ボンド磁石１４の密度の低下に比例して、厚くすればよい。

本構成とすれば、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａの流動性は、高められる。よって、本実施の形態における電動機に用いられるロータ１０は、磁石孔１３の形状に囚われることなく、ボンド磁石１４の密度を均一にできる。したがって、ロータ１０は、３次元的に、磁気特性の劣化が抑制される。

特に、図８に示すように、本実施の形態における電動機に用いられるロータ１０は、混合物１４ａが硬化して得られたボンド磁石１４の密度が低下する、磁石孔１３の端面１１ｄ側の磁石厚γを厚くする。具体的には、磁石厚γは、ボンド磁石１４の密度の減少率に比例して、大きくすればよい。

本構成とすれば、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａの流動性は、高められる。よって、本実施の形態における電動機に用いられるロータ１０は、磁石孔１３の形状に囚われることなく、混合物１４ａは、磁石孔１３のゲート５０側に位置する端面１１ｃから、反ゲート５０側に位置する端面１１ｄにおいて、従来よりも密度の変化が緩和される。混合物１４ａは密度の変化が緩和されるため、混合物１４ａが硬化して得られたボンド磁石１４には、極端な密度の変化が生じない。したがって、ロータ１０は、３次元的に、磁気特性の劣化が抑制される。

さらに、図５に示すように、本実施の形態における電動機に用いられるロータ１０は、磁石端部１５の磁石厚α２と、磁石中央部１６の磁石厚β２とが、つぎの関係を満たす。すなわち、磁石中央部１６が有する減磁耐力Ｄ１と、磁石端部１５が有する減磁耐力Ｄ２とが、等しくなるよう、ボンド磁石１４が構成される。減磁耐力Ｄ１と減磁耐力Ｄ２とを等しくするために、ボンド磁石１４は、各部に含まれる磁石粉末の総量が等しくなるよう、調整される。

減磁耐力Ｄ１と減磁耐力Ｄ２とが等しくなれば、ボンド磁石１４が有する磁気特性は、均一になる。

つまり、ボンド磁石が有する磁気特性が、ばらつきを有している場合、例えば、ボンド磁石には、磁気特性が劣っている部分に減磁が生じることも考えられる。

そこで、上述したように、ボンド磁石１４が有する磁気特性を等しくすれば、減磁等の不具合が生じることを抑制できる。

図１、図３に示すように、ステータ４０に巻き回された巻線４３に電流が流されると、巻線４３から磁束が発生する。一方、ボンド磁石１４は、磁石成分が有する磁束を生じている。これらの磁束が、相互に作用することで生じた磁気力により、ロータ１０が回転するための回転トルクが発生する。

このとき、磁石孔１３の外周面１１ｂ側の近傍において、ボンド磁石１４には、巻線４３から、ボンド磁石１４の磁束を弱める方向に反磁界が加えられる。よって、ボンド磁石１４には、減磁が生じないように、減磁耐力を向上させることが求められる。

原理的に、ボンド磁石１４が有する減磁耐力は、磁石厚に比例して増加する。よって、ボンド磁石１４は、磁石厚を厚くすることで、減磁耐力の向上が可能である。しかしながら、ボンド磁石１４は、磁石厚を厚くすれば、磁石粉末の使用量が増加するため、高価になる。

そこで、本実施の形態におけるロータ１０は、ボンド磁石１４において、反磁界が加えられる磁石端部１５の磁石厚のみを厚くする。よって、ロータ１０は、減磁耐力の増加が求められる部分のみ、ボンド磁石１４の磁石厚が増す。換言すれば、本実施の形態におけるロータ１０は、減磁耐力の増加が求められる最適部分に対して、最小限の磁石粉末を増加して、ボンド磁石１４の減磁耐力を向上できる。

したがって、本実施の形態におけるロータ１０を用いれば、電動機１００の体格を大きくすることなく、安価に、磁気特性が優れた電動機を提供できる。

なお、上述した実施の形態において、ロータ１０の極数は、６のものを示した。つまり、磁石孔１３の数は、６のものを示した。本発明の技術的範囲は、この数に限定されるものではない。ｎを自然数とするとき、ロータ１０の極数が２ｎ倍であれば、本発明の技術的範囲は、本構成のロータ１０にも及ぶ。

また、上述した説明で例示した電動機は、６極９スロットの集中巻とも称される仕様である。本発明の技術的範囲は、他の仕様でも、同様の作用効果を得ることができる。例えば、本発明の技術的範囲は、他の組合せを有する集中巻電動機にも及ぶ。また、本発明の技術的範囲は、スロットの巻線が、分布巻電動機や、波巻電動機にも及ぶ。

さらに、同様に、ボンド磁石１４の形状も、上述した形状に限定されるものではない。例えば、ボンド磁石１４の形状は、軸心１２ａと直交する断面の形状が、Ｖ字状やＵ字状などでも、同様の作用効果を得ることができる。

本発明の磁石埋込型ロータ、および、このロータを用いた電動機は、電気機器や産業機器等、永久磁石を用いる電動機に広く適用できる。

１０ ロータ（磁石埋込型ロータ）
１１ ロータコア
１１ａ 鋼板
１１ｂ 外周面
１１ｃ，１１ｄ 端面
１２ 回転軸
１２ａ 軸心
１３ 磁石孔
１４ ボンド磁石
１４ａ 混合物
１５ 磁石端部
１５ａ 端部
１６ 磁石中央部
１６ａ 中央部
１７，１８ 円弧
１７ａ 凸面
１８ａ 凹面
２０ ｄ軸磁束通路
２１ ｑ軸磁束通路
３０ 軸受
４０ ステータ
４１ ステータコア
４２ インシュレータ
４３ 巻線
４４ ティース
５０ ゲート
１００ 電動機

Claims (6)

1. 駆動電流が流される巻線と、
   前記巻線が巻き回されるステータコアと、
   を有するステータと、
   回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられて、前記回転軸の軸心方向に柱体を成し、
   前記軸心に沿って形成される外周面と、
   前記外周面に沿って位置し、それぞれは、
   前記回転軸側に位置する凸面と、
   前記外周面側に位置する凹面と、
   を含み、前記外周面から前記回転軸が位置する方向に向かって凸となる形状を成すとともに、前記外周面側に位置する端部の前記凸面と前記凹面との幅α１が、前記回転軸側に位置する中央部の前記凸面と前記凹面との幅β１よりも広い、複数の磁石孔と、
   を含む、ロータコアと、
   前記複数の磁石孔のそれぞれに充填されて、前記端部に位置する磁石成分の配向方向の厚みα２が、前記中央部に位置する磁石成分の配向方向の厚みβ２よりも大きい、複数のボンド磁石と、
   を有するロータと、
   を備え、
   前記ロータは、
   前記巻線に前記駆動電流が流されるとき、前記ステータが発生する回転磁界によって前記ロータに生じる回転トルクのうち、マグネットトルクを発生する、複数のｄ軸磁束通路と、
   前記回転トルクのうち、リラクタンストルクを発生する、複数のｑ軸磁束通路と、
   を有し、前記ｄ軸磁束通路のそれぞれは、前記複数のボンド磁石のそれぞれと交差して位置し、前記ｑ軸磁束通路のそれぞれは、前記複数のボンド磁石のそれぞれに沿って位置する、
   電動機。
2. 前記複数のボンド磁石は、それぞれ、前記端部に位置する部分の磁石の密度が前記中央部に位置する部分の磁石の密度よりも低い、請求項１に記載の電動機。
3. 前記ボンド磁石は、さらにインサート金型を介して前記複数の磁石孔のそれぞれに対して充填されて、地点Ｐ１に充填される前記ボンド磁石の密度をＸとし、前記インサート金型が含むゲートが位置する地点Ｐ２から前記地点Ｐ１までの距離をＹとし、前記ボンド磁石の理論材料密度をＣとするとき、前記ボンド磁石の密度の減少率Ａは、Ａ＝Ｘ／（Ｙ×Ｃ）で表されるとともに、前記厚みβ２は、β２＝Ａ×α２を満たす、請求項１に記載の電動機。
4. 前記ボンド磁石は、前記中央部に位置する磁石中央部が有する減磁耐力Ｄ１と、前記端部に位置する磁石端部が有する減磁耐力Ｄ２とが等しい、請求項１に記載の電動機。
5. 前記複数の磁石孔のそれぞれは、前記外周面から前記回転軸が位置する方向に向かって凸となる円弧状であり、前記凹面が含む円弧を成す半径Ｒ１は、前記凸面が含む円弧を成す半径Ｒ２よりも短い、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動機。
6. 前記凹面が含む円弧は、２以上の異なる曲率を有する、請求項５に記載の電動機。

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