WO2008146937A1

WO2008146937A1 - 磁石埋め込み型モータ用ロータと磁石埋め込み型モータ

Info

Publication number: WO2008146937A1
Application number: PCT/JP2008/060114
Authority: WO
Inventors: Tomonari Kogure; Masaaki Hiraga
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2008-12-04
Also published as: DE112008001333T5; CN101682222A; US20100171386A1; JPWO2008146937A1

Abstract

所望の保磁力と磁束密度を確保しながらその製造コストを格段に低減することのできる磁石埋め込み型モータ用ロータと磁石埋め込み型モータを提供する。そのために、複数の永久磁石２１，…がロータコア内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータのロータ１であり、この永久磁石２１は、該永久磁石２１に作用する逆磁界の大きさに応じて保磁力の異なる複数の磁石領域Ａ～Ｄから形成されており、相対的に大きな逆磁界が作用する領域には相対的に保磁力の大きな磁石領域が割り当てられている。

Description

明細書磁石埋め込み型モータ用ロータと磁石埋め込み型モータ技術分野

本発明は、永久磁石がロータ内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータ用口ータと、このロータを具備する磁石埋め込み型モータに関するものである。背景技術

永久磁石をロータ内部に埋め込んでなる磁石埋め込み型モータ（ I P Mモータ）は、コイルと永久磁石の吸引力 Z反発力に起因するマグネッ小トルクに加えてリラタタンストルクを得ることができるため、永久磁石をロータ外周面に貼着してなる表面磁石型モータ（S P Mモータ）に比して高トルクかつ高効率である。したがって、この磁石埋め込み型モータは、高出力性能が要求されるハイブリット車、電気自動車の駆動用モータ等に使用されている。

上記 I P Mモータにおいては、その電流位相制御の際に負の d軸電流が流れ、この電流に起因する逆磁界が永久磁石に作用することになるが、この逆磁界が大きな場合には永久磁石に不可逆減磁が発生することから、この不可逆減磁に抗し得る大きな保磁力の永久磁石が使用されている。この減磁作用を図 1 7に基づいて説明する。図 1 7は、 1極当たり 2つの永久磁石 M, Mが配設されるものであり、この 2つの永久磁石 M、 Mは、ロータ Aの回転軸からステータ B側に向って広がる平面視が略 V字状の態様で埋設されている。 I P Mモータで減磁作用の大きな部分は、永久磁石 M, Mのロータ鉄心外周側の角 a , b， c， dであり、中でも d軸側の角 b , cであることが分かっている。また、永久磁石 M, Mの間のロータコア部 A 1において磁束が短絡し易く、これによつても永久磁石 M， Mの角 b , cにおいて逆磁界が大きくなる。

ところで、上記永久磁石として希土類磁石が一般に使用されている。この希土類磁石は、結晶磁気異方性の高い元素であるジスプロシウム（D y ) やテルビゥム（T b ) を加えることでその保磁力が高められる一方で、かかる元素は希少かつ高価であることから、永久磁石の保磁力増加にジスプロシゥム等を添加することは永久磁石の製造コス卜の高騰に直結する。従来の磁石埋め込み型モータ用口一タに使用される永久磁石では、上記する隅角部で要求される保磁力を得るためのジスプロシゥム等が永久磁石の全体に使用されており、そのためにロータ製造コストが高騰していた。さらに、永久磁石の性能として保磁力と同様に重要な残留磁束密度に関しては、保磁力の増加に伴って減少する傾向があるため、保磁力を増加させることで減少した磁束密度を解消するためにより多くの磁石を必要とし、これによつてもロータ製造コストが高騰していた。したがって、上記する逆磁界に対して所望の保磁力を有する永久碎石を備えたロータを如何に安価に製造するかが、ハイブリッド車等の量産にとって極めて重要な課題の一つとなっている。

なお、上記する逆磁界を低減する磁石埋め込み型モータに関する技術として特許文献 1， 2を挙げることができる。双方の技術は、 .ともにロータコア内に埋め込まれる永久磁石の端部に空気層を介在させる：とにより、局所的に大きな逆磁界を低減させるものである。

特許文献 1

特開平 1 1—3 5 5 9 8 5号公報

特許文献 2

特開 2 0 0 3— 1 4 3 7 8 8号公報発明の開示

特許文献 1， 2に開示の磁石埋め込み型モータ用のロータによれば、永久磁石端部に空気層を形成することで逆磁界を低減することができるが、この永久磁石に生じる最大の逆磁界に応じて永久磁石の保磁力が決定されることから、永久磁石内で逆磁界の影響をそれほど受けない部位は余分な保磁力を有していることになり、これは材料コストの高騰に繋がるものであり、ひいては磁石埋め込み型モータの製造コス卜の高騰の一要因でもある。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、永久磁石に作用する逆磁界に抗し得る保磁力を具備しながら、その製造コストをより廉価にすることのできる磁石埋め込み型モータ用ロータと、該ロータを具備する磁石埋め込み型モータを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による磁石埋め込み型モータ用ロータは、複数の永久磁石がロータコア内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータのロータであって、前記永久磁石は、該永久磁石に作用する逆磁界の大きさに応じて保磁力の異なる複数の磁石領域から形成されており、相対的に大きな逆磁界が作用する領域には相対的に保磁力の大きな磁石領域が割り当てられていることを特徴とするものである。

本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータは、そのスロット内に配設される永久磁石がその領域ごとに必要保磁力が異なることに鑑み、領域ごとに保磁力が異なる永久磁石を具備するロータとするものであり、かかる構成とすることで使用されるジスプロシウム（D y ) やテルビウム（T b ) 等を必要最小限に抑えることができ、その結果として磁束密度の減少も最小限に抑えることができ、もって口ータ製造コストを格段に低減できるものである。

ここで、ロータ内における永久磁石の配設態様は、 1極当たり 1つの永久磁石が割り当てれ、例えば平面視が矩形の永久磁石をその矩形の長手方向がステータ側に対向するように配設する形態や、 1極当たり 2つの永久磁石が割り当てられ、ロータの回転軸からステータ側に向って広がりながら平面視が略 V字状を成している V字配置形態などを挙げることができる。

いずれの形態であっても、既述のごとく永久磁石の隅角部、より具体的にはステータ側の隅角部において減磁が激しいことから、かかる隅角部にジスプロシゥム等の含有量の多い磁石領域が割り当てられることが好ましい。たとえば、永久磁石が平面視矩形に形成されている場合において、複数の前記磁石領域は、矩形のステータ側の隅角部領域が最も保磁力の大きな第 1の領域となっており、該第 1の領域に相隣る領域が第 1の領域に次いで保磁力の大きな第 2の領域となっており、その他の領域が第 2の領域に次いで保磁力の大きな領域となっている実施の形態がある。

ここで、上記する永久磁石の製造方法について概説する。領域ごとにたとえばジスプロシウム含有量を相違させる方法として、一つにはいわゆるジスプロシゥム等拡散法による製造方法を適用でき、他にはいわゆる多色成形法による製造方法を適用することができる。

ジスプロシウム等拡散法にはさらに二つの方法があり、一つの方法は、フッ化ジスプロシウム（D y F ₃) 溶液内に永久磁石を浸漬させ、その後に加熱処理することでジスプロシウムを永久磁石内部に浸透させるものであり、この方法によると永久磁石の外周部のジスプロシウム含有量が多く、内部のそれは相対的に少なくすることができ、永久磁石の領域ごとに保磁力を変化させることが可能となる。ジスプロシゥム等拡散法の他の方法は、永久磁石の一方面にジスプロシウムをスパッタ処理もしくは蒸着処理して成膜し、その後に加熱処理することで成膜側のジスプロシウム含有量が多く、成膜反対側に向かってジスプロシウム含有量を徐々に減少させることができ、やはり永久磁石の領域ごとに保磁力を変化させることが可能となる。

また、多色成形法においても二つの方法があり、一つの方法は、ジスプロシゥム含有量の相違する金属粉末を用意し、成形型内に各粉末を所定厚ずつ充填して加圧成形後に焼結する方法である。

多色成形法の他の方法は、同様にジスプロシゥム等の含有量の相違する金属粉末を用意して型内に充填し、これを熱間押出しするものである。たとえばジスプロシクム含有量の相違する金属粉末を保磁力の異なる領域に応じて型内に充填することで、押出された後の永久磁石は必要保磁力に応じてジスプロシゥム含有量が異なる複数の領域からなる永久磁石となっている。

上記するいずれの製造方法によっても、領域ごとに必要な保磁力に応じたジスプロシゥム含有量やテルビウム含有量に調整された永久磁石を得ることができる。この永久磁石は最適（必要最低限）な保磁力を有していることから、その磁束密' 度の減少も可及的に抑止されており、したがって所定のマグネットトルクを得るために必要な磁石量も可及的に少ない量とすることができる。これらのことより、従来の I P Mモータに比してロータ内に内蔵される永久磁石の製造コストを格段に廉価とでき、もってロータの製造コストの低減に繋がるものである。

なお、ジスプロシウム（D y ) やテルビウム（T b ) の混合量を磁石領域で変化させるほかに、領域ごとに異なる素材で磁石を構成する形態であってもよい。たとえば、保磁力が高い順にネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フヱライト磁石があるが、要求される保磁力ごとに領域を分け、各領域にネオジム磁石、サマリゥムコバルト磁石、フェライト磁石を割り当てて一つの永久磁石を形成することができる。

また、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの他の実施の形態において、前記永久磁石は平面視矩形に形成されており、前記複数の磁石領域は、前記矩形の長手方向に複数に分割されて形成されるものであり、該永久磁石の中央の分割領域が最も保磁力が小さな領域であり、端部の分割領域に向ってその保磁力が大きな領域となっている形態もある。

この実施の形態では、永久磁石の保磁力領域を矩形の長手方向に複数に分割する（長手方向に複数の小幅で保磁力の異なる領域が配設された態様）ことで渦損を低減することもできる。

また、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの好ましい実施の形態において、前記永久磁石は、その平面視形状において、ロータの回転軸側に位置する 2つの隅角部のうちの少なくとも一方が切り欠かれており、ロータコアにおける永久磁石挿通用スロットの平面視形状が該永久磁石の平面視形状に対応する形状となつているものである。

永久磁石内で複数の保磁力の異なる領域が存在する場合でも、実際には、外部から保磁力の相違を視認することはできない。そこで、本実施の形態では、異なる保磁力領域を備えた永久磁石をロータコアの磁石揷通用スロッ卜に適切に挿入するべく、永久磁石と磁石揷通用スロットの双方の平面視形状の対応する位置に切り欠きを設けておくものである。なお、本実施の形態では、この切り欠きを設ける部位を、永久磁石におけるトルクへの寄与の少ない部位、すなわち、平面視矩形の永久磁石のロータの回転軸側に位置する 2つの隅角部のうちの少なくとも一方としたものであり、この構成により、永久磁石に切り欠きを設けることによつて生じ得るトルク性能の低下を抑止しながら、複数の保磁力領域を有する永久磁石を永久磁石揷通用スロットに適切に配設することが可能となる。

上記する本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータを具備するモータは、内蔵される永久磁石が所要の保磁力と磁束密度を確保するとともに、その製造コス卜が格段に廉価となっていることから、近時その量産が盛んで性能に優れた駆動用モータの搭載が叫ばれているハイプリッド車ゃ電気自動車に好適である。

以上の説明から理解できるように、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータによれば、内蔵される永久磁石が領域ごとに必要な保磁力に応じたジスプロシゥム含有量やテルビゥム含有量に調整されていることから、所望の保磁力と磁束密度を確保しながらその製造コストを格段に低減することができる。また、渦損を効果的に低減できることから、回転性能や出力性能に優れたモータを得ることがでさる。図面の簡単な説明

図 1は、 V字配置の永久磁石を具備する本発明のロータの一実施の形態の平面図である。

図 2は、図 1のロータ内に内蔵される永久磁石の一実施の形態を示した平面図である。

図 3は、図 2の永久磁石の領域ごとの保磁力分布の一実施の形態を示したダラフである。

図 4は、永久磁石の領域ごとの保磁力分布の他の実施の形態を示したグラフである。

図 5は、永久磁石の他の実施の形態を示した平面図である。

図 6は、図 5の永久磁石の領域ごとの保磁力分布を示したグラフである。図 7は、 V字配置の永久磁石を具備する本発明のロータの他の実施の形態の平面図である。 .

図 8は、永久磁石に作用する逆磁界に関する C A E解析での解析モデルの概要を説明した平面図である。

図 9は、図 8における Aモデル：集中巻き方式の I P Mモータで、永久磁石が V字配置の解析モデルの結果を示した図であり、（a ) は永久磁石の拡大図であり、（b ) は永久磁石 M a 1の解析結果を示した図であり、（c ) は永久磁石 M a 2の解析結果を示した図である。

図 1 0は、図 8における Bモデル：集中卷き方式の I P Mモータで、永久磁石がー字配置の解析モデルの結果を示した図であり、（a) は永久磁石の拡大図であり、（b) は永久磁石 Mbの解析結果を示した図である。

図 1 1は、図 8における Cモデル：集中卷き方式の I PMモータで、永久磁石が三角形配置の解析モデルの結果を示した図であり、（a) は永久磁石の拡大図であり、（b) は永久磁石 Mc 1の解析結果を示した図であり、（c) は永久磁石 Mc 2の解析結果を示した図であり、（d) は永久磁石 Mc 3の解析結果を示した図である。

図 1 2は、図 8における Dモデル：集中巻き方式の S PMモータの解析モデルの結果を示した図であり、（a) は永久磁石の拡大図であり、（b) は永久磁石 Mdの解析結果を示した図である。

図 1 3は、図 8における Eモデル：分布卷き方式の I PMモータで、永久磁石が V字配置の解析モデルの結果を示した図であり、（a) は永久磁石の拡大図であり、（b) は永久磁石 Me 1の解析結果を示した図であり、（c) は永久磁石

Me 2の解析結果を示した図である。

図 14は、図 8における Fモデル：分布巻き方式の I PMモータで、永久磁石がー字配置の解析モデルの結果を示した図であり、（a) は永久磁石の拡大図であり、（b) は永久磁石 M f の解析結果を示した図である。

図 1 5は、図 8における Gモデル：分布卷き方式の I PMモータで、永久磁石が三角形配置の解析モデルの結果を示した図であり、（a) は永久磁石の拡大図であり、 (b) は永久磁石 Mg 1の解析結果を示した図であり、（c) は永久磁石 Mg 2の解析結果を示した図であり、（d) は永久磁石 Mg 3の解析結果を示した図である。

図 1 6は、図 8における Hモデル：分布巻き方式の S PMモータの解析モデルの結果を示した図であり、（a) は永久磁石の拡大図であり、（b) は永久磁石 Mhの解析結果を示した図である。

図 1 7は、従来の磁石埋め込み型モータにおいて、永久磁石に作用する減磁がその領域ごとに相違することを説明した図である。図面において、 1はロータ、 2, 2 Aは V字配置永久磁石、 2 1 , 2 1 Aは矩形の永久磁石、 2 I B , 2 1 Cは切り欠きを有する永久磁石、 2 1 B '、 2 1 C は切り欠き、 3， 3 'は永久磁石揷通用スロット、 4 a , 4 bは固定樹脂体、 Aは第 1の領域、 Bは第 2の領域、 Cは第 3の領域、 A l， B 1 , C 1は磁石をそれぞれ示している。発明を実施するための最良の形態 'へ以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図 1は V字配置の永久磁石を具備する本発明のロータの平面図であり、図 2は図 1のロータ内に内蔵される永久磁石の一実施の形態を示した平面図である。図 3、 4はそれぞれ図 2の永久磁石の領域ごとの保磁力分布の実施の形態を示したグラフである。図 5は永久磁石の他の実施の形態を示した平面図であり、図 6は図 5の永久磁石の領域ごとの保磁力分布を示したグラフである。

図 1は、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの一実施の形態を示している。このロータ 1は、積層鋼板または圧粉磁心からなるロータコアに形成されたスロット内に永久磁石が挿入固定されたものであり、より具体的には、一極当たり平面視が略 V字状（2つの矩形が間隔を置いて略 V字状を呈している）に形成された各スロット内にそれぞれ平面視が矩形の永久磁石 2 1 , 2 1が配設されて V字配置永久磁石 2を形成し、これが周方向に亘つて所定の極数形成されたロータである。

このロータは、不図示のステータコア内の中空部、すなわち、平面視が略円環状のヨークから径方向内側に突出する複数のティースで形成される中空部に配設されて磁石埋め込み型モータ（ I P Mモータ）が形成される。

図 2は、ロータ 1内に埋設される永久磁石の一実施の形態を示している。この永久磁石 2 1は、保磁力の相違する複数の領域から形成されており、ステータ側の隅角部の第 1の領域 Aの保磁力が最も大きく、次いでこの第 1の領域 Aに相隣る第 2の領域 Bが次に保磁力が大きく、次いで中央の領域 Cが次に保磁力が大きくなるように調整されている。なお、この保磁力領域は例示に過ぎず、第 1の領域 Aが三角形以外の矩形領域や曲線を備えた領域であってもよく、その他の領域も適宜多様な形状を選定できるが、少なくともステータ側の隅角部において最大保磁力領域が形成されるように調整され、ステータと反対側の領域においては保磁力が小さくなるように調整されていればよい。また、各領域の面積や幅等も材料コストゃ目標性能等に応じて適宜調整されるものである。

また、第 1の領域 A〜第 3の領域 Cの保磁力は、図 3に示すように連続した保磁力分布であってもよいし、図 4に示すように領域ごとに保磁力が一義的に決定され、したがって領域界面で保磁力が段階的に変化する保磁力分布であってもよレ、。

ここで、永久磁石 2 1の一製造方法を概説する。この製造方法はジスプロシゥム等拡散法によるものである。具体的には、永久磁石の上面および両側面にジスプロシゥム等をスパッタ処理もしくは蒸着処理して成膜し、その後に加熱処理することでジスプロシウムを磁石表面より浸透させる。これにより、図 3のような保磁力分布を有する永久磁石 2 1を得ることができる。

図 5は、永久磁石の他の実施の形態を示している。この永久磁石 2 1 Aは、矩形の長手方向に保磁力の異なる複数の領域に分割されて形成されたものであり、中央の分割領域に最も保磁力が小さな磁石 C 1が位置し、端部の領域に位置する磁石 B 1、磁石 A 1に向ってその保磁力が大きくなつている。

磁石 A 1〜磁石 C 1の保磁力分布は、図 6に示すように領域界面で保磁力が段階的に変化する保磁力分布となっている。

ここで、永久磁石 2 1 Aの一製造方法を概説する。この製造方法は保磁力の相違する磁石の貼り合わせによるものである。具体的には、ジスプロシウム含有量の多い磁石 A 1 と、ジスプロシウム含有量が磁石 A 1より少ない磁石 B 1 と、ジスプロシゥム含有量が磁石 B 1より少ない磁石 C 1を用意し、分離しない程度に相互に接着する。これにより、図 6のような保磁力分布を有する永久磁石 2 1 A を得ることができる。

この永久磁石 2 1 Aでは、ジスプロシウム添加量の最適化を図ることができるのに加えて、永久磁石が電気的に分割されているため、モータ駆動時の渦損低減も期待できる。

図 7は、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの他の実施の形態を示しており、 V字配置の永久磁石 2 Aを拡大して示した図である。磁極を形成する 2つの永久磁石において、ロータ 1の回転方向（矢印方向）の前方に位置する永久磁石 2 1 Bと回転方向後方に位置する永久磁石 2 1 Cのそれぞれのロータの回転軸側の隅角部には切り欠きが形成されている。

より具体的に説明すると、永久磁石 2 1 Bでは、回転方向前方の隅角部に切り欠き 2 1 B 'が形成されており、永久磁石 2 1 Cでは、回転方向後方の隅角部に切り欠き 2 1 C 'が形成されている。切り欠き 2 1 B '、 2 1 C 'が形成される領域はロータ表面から遠く、トルク性能への寄与が極めて小さな領域である。なお、図示を省略するが、永久磁石 2 1 B， 2 1 Cともに、ロータの回転軸側の 2つの隅角部に切り欠きを形成したものであってもよい。

ここで、ロータコアには、永久磁石 2 1 B、永久磁石 2 1 Cの各平面視形状に対応した永久磁石挿通用スロット 3 , 3 'が設けてあり、したがって、永久磁石の有する保磁力領域が適切な位置となるようにして（永久磁石のステータ側に保磁力の大きな領域がくるように）永久磁石 2 1 B , 2 1 Cを対応する永久磁石揷通用スロット 3， 3 'に容易に挿入することが可能となる。

なお、同図において、永久磁石揷通用スロット 3 , 3 'のそれぞれの両側には樹脂充填スロットが形成されており、たとえば永久磁石 2 1 Bを永久磁石挿通用スロット 3に揷通後に両側の樹脂充填スロットに樹脂を充填硬化させ、非磁性の固定樹脂体 4 a , 4 bが形成されている。この固定樹脂体 4 a， 4 bの平面視形状は、図示のごとく、たとえば永久磁石 2 1 Bの隅角からの漏れ磁束を効果的に抑制できるような形状となっている。

[永久磁石に作用する逆磁界に関する C A E解析とその結果]

本発明者等は、集中巻き方式、分布巻き方式で、永久磁石の配置を V字配置の場合、一配置の場合（一つの永久磁石がティースに正対して一つの磁極を形成している形態）、これらを組み合わせてなる三角形配置の場合（3つの永久磁石がティースに対して逆三角形で配置された形態）と、さらに I P Mモータと比較するべく S P Mモータの場合で解析モデルを作成し、それぞれのモータにおける永久磁石に作用する逆磁界分布を求め、その最大値、最小値、平均値を求めた。本解析は、解析ツールとして J MA G— S t u d i o V e r 9 . 0 (日本総研ソリューションズ製）を使用し、解析モデルとして永久磁石 3層交流同期モータの 2次元モデルを図 8で示すごとく 8ケース作成して各ケースごとにおこなつた。解析内容は、ロータを反時計周りに電気角： 360度回転させ、回転中に永久磁石に作用する逆磁界を算出した。なお、通電条件として、コイルは 1 5ターン、電流は 1 70A r m s、進角はモデルごとに最大トルクとなる角度とした。各ケースの解析結果を図 9〜図 1 6に示している。

図 9は、図 8における Aモデル：集中巻き方式の I PMモータで、永久磁石が V字配置の解析モデルの結果を示した図であり、図 9 aは永久磁石の拡大図であり（矢印がロータ回転方向）、図 9 bは回転方向前方の永久磁石 Ma 1の解析結果を示した図であり、図 9 cは回転方向後方の永久磁石 M a 2の解析結果を示した図である。なお、図 9 b、 cにおいて、逆磁界が相対的に大きくなつている領域はステータ側の領域である。

永久磁石 Ma 1の解析結果である図 9 bにおいて、逆磁界の最大値は 75 1 (k A/m) 、最小値は 85, (k A/m) 、平均値は 474 (kA/m) であった。永久磁石 Ma 2の解析結果である図 9 cにおいて、逆磁界の最大値は 8 7 7 (k A/m) 、最小値は 1 08 (k A/m) 、平均値は 498 (k A/m) であった。図 9 b、じより、永久磁石 Ma 1 , Ma 2ともに、そのステータ側の両隅角部の逆磁界が最も大きくなり、ロータの回転軸側の両隅角部の逆磁界が最も小さくなっている。

図 1 0は、図 8における Bモデル：集中巻き方式の I PMモータで、永久磁石が—字配置の解析モデルの結果を示した図であり、図 1 0 aは永久磁石の拡大図であり、図 1 0 bは永久磁石 Mbの解析結果を示し図である。

永久磁石 Mbの解析結果である図 1 0 bにおいて、逆磁界の最大値は 1 042 (k A/m) 、最小値は 1 83 (k A/m) 、平均値は 50 1 (k A/m) であつた。

図 1 0 bより、永久磁石 Mbでは、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向つてその大きさが低減する結果となっている。

図 1 1は、図 8における Cモデル：集中卷き方式の I PMモータで、永久磁石が三角形配置の解析モデルの結果を示した図であり、図 1 1 aは永久磁石の拡大図であり、図 1 1 bは永久磁石 M c 1の解析結果を示した図であり、図 1 1 cは永久磁石 M c 2の解析結果を示した図であり、図 1 1 dは永久磁石 M c 3の解析結果を示した図である。

永久磁石 M c 1の解析結果である図 1 1 bにおいて、逆磁界の最大値は 8 99 (k A/m) 、最小値は 1 7 1 (k A/m) 、平均値は 6 1 3 (k A/m) であつた。

永久磁石 M c 2の解析結果である図 1 1 cにおいて、逆磁界の最大値は 1 40 3 (k A/m) 、最小値は 9 2 (k A/m) 、平均値は 744 (k A/m) であつた。

永久磁石 M c 3の解析結果である図 l i dにおいて、逆磁界の最大値は 926 (kA/m) 、最小値は 34 1 (k A/m) 、平均値は 792 (k A/m) であつた。

図 l i bより、永久磁石 Mc lでは、ロータ回転方向前方のステータ側の隅角部を除いて逆磁界の大きさはほぼ均一となっている。また、図 1 1 じより、永久磁石 Mc 2では、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向ってその大きさが低減する結果となっている。さらに、図 1 1 dより、永久磁石 Mc 3では、中央部の逆磁界が若干大きくなつている。

図 1 2は、図 8における Dモデル：集中巻き方式の S PMモータの解析モデルの結果（ I PMモータに対する比較モデル）を示した図であり、図 1 2 aは永久磁石の拡大図であり、図 1 2 bは永久磁石 Mdの解析結果を示した図である。永久磁石 Mdの解析結果である図 1 2 bにおいて、逆磁界の最大値は 69 3 (k A/m) 、最小値は— 4 (kA/m) 、平均値は 364 (k A/m) であった。図 1 2 bより、永久磁石 Mdでは、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなつており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向つてその大きさが低減する結果となっている。

図 1 3は、図 8における Eモデル：分布巻き方式の I PMモータで、永久磁石が V字配置の解析モデルの結果を示した図であり、図 1 3 aは永久磁石の拡大図であり、図 1 3 bは永久磁石 Me 1の解析結果を示した図であり、図 1 3 cは永久磁石 Me 2の解析結果を示した図である。

永久磁石 Me 1の解析結果である図 1 3 bにおいて、逆磁界の最大値は 899 (k A/m) 、最小値は 1 0 (kAZm) 、平均値は 50 1 (kA/m) であつた。' .

永久磁石 Me 2の解析結果である図 1 3 cにおいて、逆磁界の最大値は 904 (kA/m) 、最小値は 42 (k AZm) 、平均値は 58 3 (kA/m) であつた。

図 1 3 bより、永久磁石 Me lでは、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなつており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向ってその大きさが低減する結果となっている。また、図 1 3 じより、永久磁石 Me 2では、そのステータ側の両隅角部の逆磁界が最も大きくなり、ロータの回転軸側の両隅角部の逆磁界が最も小さくなっている。

図 14は、図 8における Fモデル：分布卷き方式の I PMモータで、永久磁石がー字配置の解析モデルの結果を示した図であり、図 1.4 aは永久磁石の拡大図であり、図 1 4 bは永久磁石 Mf の解析結果を示した図である。

永久磁石 M f の解析結果である図 1 4 bにおいて、逆磁界の最大値は 9 74 (k A/m) 、最小値は 78 (kA/m) 、平均値は 555 (kA/m) であった。図 14 bより、永久磁石 Mf では、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向つてその大きさが低減する結果となっている。

図 1 5は、図 8における Gモデル：分布巻き方式の I PMモータで、永久磁石が三角形配置の解析モデルの結果を示した図であり、図 1 5 aは永久磁石の拡大図であり、図 1 5 bは永久磁石 Mg 1の解析結果を示した図であり、図 1 5 cは永久磁石 Mg 2の解析結果を示した図であり、図 1 5 dは永久磁石 Mg 3の解析結果を示した図である。

永久磁石 Mg 1の解析結果である図 1 5 bにおいて、逆磁界の最大値は 865 (kA/m) 、最小値は 1 96 (kA/m) 、平均値は 708 (kA/m) であつた。

永久磁石 Mg 2の解析結果である図 1 5 cにおいて、逆磁界の最大値は 1 27 7 (k A/m) 、最小値は 335 (k A/m) 、平均値は 8 70 (k A/m) であった

永久磁石 Mg 3の解析結果である図 1 5 dにおいて、逆磁界の最大値は 836 (k A/m) 、最小値は 3 1 9 (k A/m) 、平均値は 7 70 (k A/m) であつた。

図 1 5 bより、永久磁石 Mg lでは、ステータ側の両隅角部を除いて逆磁界の大きさはほぼ均一となっている。また、図 1 5 じより、永久磁石 Mg 2では、口ータ回転方向後方の逆磁界が最も大きくなつており、ロータ回転方向前方に向つてその大きさが低減する結果となっている。さらに、図 1 5 dより、永久磁石 M g 3では、中央部の逆磁界が若干大きくなつている。

図 1 6は、図 8における Hモデル：分布卷き方式の S PMモータの解析モデルの結果を示した図であり、図 1 6 aは永久磁石の拡大図であり、図 1 6 bは永久磁石 Mhの解析結果を示した図である。

永久磁石 Mhの解析結果である図 1 6 bにおいて、逆磁界の最大値は 98 1 (k A/m) 、最小値は— 440 (k A/m) 、平均値は 328 ( k A/m) であつた。

図 1 6 bより、永久磁石 Mhでは、ロータ回転方向後方のステータ側の隅角部の逆磁界が最も大きくなっており、その対角にあるロータ回転軸側の隅角部に向つてその大きさが低減する結果となっている。

各モデルの解析結果より、 I PMモータでは永久磁石の配設形態が変化しても、永久磁石のステータ側の隅角部に大きな逆磁界が生じる傾向にあることが特定された。なお、この傾向は S PMモータでも同様であることが特定された。

したがって、図 2〜4で示す保磁力分布を備えた永久磁石を使用することにより、それらの保磁力分布が永久磁石に生じ得る逆磁界分布に対応したものとなつており、最適な保磁力領域を備え、製造コストが可及的に安価となる永久磁石となり得ることが実証された。

上記する永久磁石を内蔵した本発明のロータを具備するモータによれば、内蔵される永久磁石が所要の保磁力と磁束密度を確保するとともに、その製造コストが大幅に低減されることから、モータ性能の向上とモータ製造コス卜の低減が課題の近時のハイブリッド車等に好適である。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の永久磁石がロータコア内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータのロータであって、

前記永久磁石は、該永久磁石に作用する逆磁界の大きさに応じて保磁力の異なる複数の磁石領域から形成されており、相対的に大きな逆磁界が作用する領域には相対的に保磁力の大きな磁石領域が割り当てられていることを特徴とする、磁石埋め込み型モータ用ロータ。

2 . 請求項 1に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータにおいて、

前記永久磁石は平面視矩形に形成されており、 ' ·

前記複数の磁石領域は、前記矩形のステータ側の隅角部領域が最も保磁力の大きな第 1の領域となっており、該第 1の領域に相隣る領域が第 1の領域に次いで保磁力の大きな第 2の領域となっており、その他の領域が第 2の領域に次いで保磁力の大きな領域となっている、磁石埋め込み型モータ用ロータ。

3 . 請求項 1に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータにおいて、

前記永久磁石は平面視矩形に形成されており、

前記複数の磁石領域は、前記矩形の長手方向に複数に分割されて形成されるものであり、該永久磁石の中央の分割領域が最も保磁力が小さな領域であり、端部の分割領域に向つてその保磁力が大きな領域となっている、磁石埋め込み型モータ用ロータ。

4 . 1極当たり 2つの前記永久磁石が配設されるものであり、該 2つの永久磁石は、ロータの回転軸からステータ側に向って広がりながら平面視が略 V字状を成していることを特徴と'する請求項 1〜 3のいずれかに記載の磁石埋め込み型モ一タ用ロータ。

5 . 前記永久磁石は、その平面視形状において、ロータの回転軸側に位置する 2 つの隅角部のうちの少なくとも一方が切り欠かれており、ロータコアにおける永久磁石挿通用スロッ卜の平面視形状が該永久磁石の平面視形状に対応する形状となっている、請求項 2〜4のいずれかに記載の磁石埋め込み型モータ用ロータ。

6 . 請求項 1〜 5のいずれかに記載のロータを具備することを特徴とする、磁石埋め込み型モータ