JP6217319B2 - 回転機用ロータ - Google Patents

Description

本発明は、回転機に用いられるロータに関するものである。

小型で大出力が得られる回転機として埋込磁石型同期回転機（以下、「ＩＰＭモータ」と称する）がある。このＩＰＭモータのロータは、電磁鋼板を積層したロータコアに軸方向に延在する直方体状のスロットが形成され、該スロットに直方体状の永久磁石が挿入された構成となっている。このロータを備えたＩＰＭモータによれば、磁石トルクにリラクタンストルクを加えた高い合成トルクを得ることができる。

例えば、特許文献１には、ロータコアの円周方向における複数個所に等ピッチで配設された永久磁石を備えたＩＰＭモータが記載されている。このロータコアには、各永久磁石間の中央に等ピッチで突極が形成されている。この突極は、ロータコアの円周方向における突極の中心とロータコアの軸心とを結ぶ線に対して非対称の形状に形成されている。

ここで、永久磁石がつくる磁束の方向、すなわちロータコアの円周方向における永久磁石の中心とロータコアの軸心とを結ぶ線の方向をｄ軸とする。そして、このｄ軸と電気的、磁気的に直交する方向、すなわちロータコアの円周方向における永久磁石間の中心（突極の中心）とロータコアの軸心とを結ぶ線の方向をｑ軸とする。

特許文献１に記載のＩＰＭモータは、非対称の形状の突極が形成されており、平面形状が所謂風車形状のロータコアを備えている。このため、等価的にｄ軸およびｑ軸をロータコアの円周方向にシフトさせてリラクタンストルクのピーク位相と磁石トルクのピーク位相とを互いに近付けることができ、合成トルクを高めることができる。

しかし、特許文献１に記載のＩＰＭモータでは、ロータコアの平面形状が風車形状であって真円形状ではないため、ロータ・ステータ間に異物を咬み込むと突極に引っ掛かってモータロックし易いという問題がある。また、ロータ・ステータ間に油が溜められたＩＰＭモータの場合、ロータコアの撹拌抵抗が増加しモータ効率が低下するという問題がある。これらの問題を解消するものとして、特許文献２、３には、平面形状が真円形状のロータコアの外周と永久磁石との間に空隙を備えたＩＰＭモータが記載されている。

特開２００４−３２９４７号公報 特開２０１２−２３９０４号公報 特開２００９−２１９２９１号公報

ＩＰＭモータの設計変更等により、永久磁石のグレード（残留磁束密度の大きさ等）や電磁鋼板のグレードを変更する場合、磁石トルクおよびリラクタンストルクの大きさが変化するので、ロータコアの円周方向のｄ軸およびｑ軸のシフト量も変化する。しかし、特許文献２、３に記載のＩＰＭモータでは、ロータコアに設けられる空隙の形状でｄ軸およびｑ軸のシフト量が決定されるため、ロータコアを製作するための金型を変更する必要があり、手間およびコストが嵩むという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、磁石トルクおよびリラクタンストルクの合成トルクを高めることができる簡易な構造の回転機用ロータを提供することを目的とする。

（請求項１）本発明の回転機用ロータは、複数枚の積層された強磁性板により形成され、軸方向にスロットを形成されたロータコアと、前記スロットに収容された永久磁石と、を備えた回転機用ロータであって、前記ロータコアは、コア本体部と、前記スロットの径方向外側に位置する第一外周磁性体領域と、前記コア本体部の外周縁と前記第一外周磁性体領域の周方向端とを接続し前記スロットの端部の径方向外側に位置するブリッジ部と、を備え、前記第一外周磁性体領域は、前記第一外周磁性体領域の周方向中央を境に、前記ロータコアの回転方向とは逆方向側の領域である第一逆回転側領域の透磁率が、前記ロータコアの回転方向側の領域である第一正回転側領域の透磁率よりも小さくなるように形成され、前記コア本体部には、隣り合う前記第一外周磁性体領域に前記ブリッジ部を介して挟まれた第二外周磁性体領域が形成され、前記第二外周磁性体領域は、前記第二外周磁性体領域の周方向中央を境に、前記ロータコアの回転方向側の領域である第二正回転側領域の透磁率が、前記ロータコアの回転方向とは逆方向側の領域である第二逆回転側領域の透磁率よりも小さくなるように形成されている。

このように第一外周磁性体領域の透磁率を変化させるのみで、等価的にｄ軸をシフトさせることができる。これにより、磁石トルクのピーク位相をリラクタンストルクのピーク位相に近付けることができ、磁石トルクおよびリラクタンストルクの合成トルクを高めることができる。よって、ＩＰＭモータの設計変更等により、永久磁石のグレード（残留磁束密度の大きさ等）や電磁鋼板のグレードを変更する場合であっても、透磁率の変化量を変更してｄ軸のシフト量を最適化することができるので、手間およびコストが嵩むことはなく、ＩＰＭモータの設計変更等に容易に対応することができる。

そして、第二外周磁性体領域の透磁率を変化させると、等価的にｑ軸をシフトさせることができる。これにより、リラクタンストルクのピーク位相を磁石トルクのピーク位相に近付けることができ、磁石トルクおよびリラクタンストルクの合成トルクをさらに高めることができる。よって、ＩＰＭモータの設計変更等により、永久磁石のグレード（残留磁束密度の大きさ等）や電磁鋼板のグレードを変更する場合であっても、透磁率の変化量を変更してｑ軸のシフト量を最適化することができるので、手間およびコストが嵩むことはなく、ＩＰＭモータの設計変更等に容易に対応することができる。

（請求項２）前記第一逆回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第一外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が大きくなるように形成されているようにしてもよい。これにより、第一外周磁性体領域における周方向の磁束密度を略正弦波状にすることができ、トルクリップルを低減させて音や振動の発生を抑制することができる。

（請求項３）前記第二正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が大きくなるように形成されているようにしてもよい。これにより、第二外周磁性体領域における周方向の磁束密度を略正弦波状にすることができ、トルクリップルを低減させて音や振動の発生を一層抑制することができる。

（請求項４）前記第一逆回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第一外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されているようにしてもよい。これにより、第一逆回転側領域の透磁率を容易に変化させることができる。
（請求項５）前記第二正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されているようにしてもよい。これにより、第二正回転側領域の透磁率を容易に変化させることができる。

（請求項６）複数枚の積層された強磁性板により形成され、軸方向にスロットを形成されたロータコアと、前記スロットに収容された永久磁石と、を備えた回転機用ロータであって、前記ロータコアは、コア本体部と、前記スロットの径方向外側に位置する第一外周磁性体領域と、前記コア本体部の外周縁と前記第一外周磁性体領域の周方向端とを接続し前記スロットの端部の径方向外側に位置するブリッジ部と、を備え、前記コア本体部には、隣り合う前記第一外周磁性体領域に前記ブリッジ部を介して挟まれた第二外周磁性体領域が形成され、前記第二外周磁性体領域は、前記第二外周磁性体領域の周方向中央を境に、前記ロータコアの回転方向側の領域である第二正回転側領域の透磁率が、前記ロータコアの回転方向とは逆方向側の領域である第二逆回転側領域の透磁率よりも小さくなるように形成されている。

このように第二外周磁性体領域の透磁率を変化させるのみで、等価的にｑ軸をシフトさせることができるので、リラクタンストルクのピーク位相を磁石トルクのピーク位相に近付けることができ、磁石トルクおよびリラクタンストルクの合成トルクを高めることができる。よって、ＩＰＭモータの設計変更等により、永久磁石のグレード（残留磁束密度の大きさ等）や電磁鋼板のグレードを変更する場合であっても、透磁率の変化量を変更してｑ軸のシフト量を最適化することができるので、手間およびコストが嵩むことはなく、ＩＰＭモータの設計変更等に容易に対応することができる。

（請求項７）前記第二正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が大きくなるように形成されているようにしてもよい。これにより、第二外周磁性体領域における周方向の磁束密度を略正弦波状にすることができ、トルクリップルを低減させて音や振動の発生を一層抑制することができる。
（請求項８）前記第二正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されているようにしてもよい。これにより、第二正回転側領域の透磁率を容易に変化させることができる。

（請求項９）前記第一正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第一外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されているようにしてもよい。これにより、第一正回転側領域には、非磁性化領域を形成する必要はなく、そのままの磁性領域としておくことができる。
（請求項１０）前記第二逆回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されているようにしてもよい。これにより、第二逆回転側領域には、非磁性化領域を形成する必要はなく、そのままの磁性領域としておくことができる。

（請求項１１）前記透磁率を他の部位と異ならせる部位は、加熱により溶融させてキーホールを形成し、前記キーホール周囲の溶融池に合金元素を配置することで溶融されて形成されているようにしてもよい。
透磁率を他の部位と異ならせる部位に対し加熱によりキーホールを形成し、キーホール周囲の溶融池に合金元素が供給される。これにより、合金元素は、溶融池内で対流し、透磁率を他の部位と異ならせる部位において拡散し、透磁率を変化させる処理が行われる。なお、透磁率を他の部位と異ならせる部位への合金元素の供給は、キーホール形成前、形成中、又は形成後でも良い。つまり、結果として、溶融池に合金元素が配置されていれば良い。

（請求項１２）前記透磁率を他の部位と異ならせる部位は、加熱により前記透磁率を他の部位と異ならせる部位の外周縁から内周部に向かって溶融させてキーホールを形成するようにしてもよい。
合金元素は、溶融池内で対流し、透磁率を他の部位と異ならせる部位の深さ方向（径方向）に拡散し、所定の深さに達する。つまり、透磁率を他の部位と異ならせる部位における溶融した部位（キーホールが形成された部分を含む）において、外周縁から内周部に向かってキーホールを形成したことにより、透磁率を他の部位と異ならせる部位の外周縁から所定の深さまで確実に合金元素が拡散するため、確実に透磁率を変化させる処理ができる。

本発明の第一実施形態：回転機用ロータの平面図である。 図１のブリッジ部および第一、第二外周磁性体領域の部分拡大斜視図である。 ブリッジ部の非磁性化方法を説明するための模式斜視図である。 ブリッジ部の非磁性化方法を説明するための模式断面図である。 第一、第二外周磁性体領域における透磁率の変化部分の第一の形成方法を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 第一、第二外周磁性体領域における透磁率の変化部分の第二の形成方法を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 第一、第二外周磁性体領域における透磁率の変化部分の第三の形成方法を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 回転機用ロータの電気角と回転機用ロータに発生するトルクの関係を示す図である。 本発明の第二実施形態：回転機用ロータのブリッジ部および第一、第二外周磁性体領域の部分拡大斜視図である。 本発明の第三実施形態：回転機用ロータのブリッジ部および第一、第二外周磁性体領域の部分拡大斜視図である。 第三実施形態の非磁性化領域に設けられるスキューの角度を説明するための図である。

（１．回転機用ロータの第一の実施形態の構成）
第一の実施形態の回転機に用いられるロータとして、ＩＰＭモータのロータについて、図１を参照して説明する。なお、以下の説明において、「径方向」および「軸方向」とは、ロータ（ロータコア）の径方向および軸方向を指す。

図１に示すように、ロータ１は、ロータコア２と、４つの永久磁石３とを備えて構成される。ロータコア２は、例えば電磁鋼板でなる薄板円盤状の強磁性板４が複数枚積層されて構成されている。４つの永久磁石３は、例えばネオジム磁石で直方体状にそれぞれ形成され、ロータコア２に矩形配置されている。すなわち、各永久磁石３は、コア本体部２０の外周縁の近傍に９０度間隔で軸方向に貫通形成した４つのスロット５にそれぞれ収容され、ロータコア２に固定保持されている。

４つのスロット５は、矩形状開口部５１および矩形状開口部５１の両端からコア本体部２０の外周縁に向かってそれぞれ延びる台形状開口部５２で構成されている。台形状開口部５２は、磁気に対するエアギャップとして形成されている。

図１および図２に示すように、ロータコア２は、コア本体部２０と、スロット５の径方向外側に位置する第一外周磁性体領域２１と、コア本体部２０の外周縁２ａと第一外周磁性体領域２１の周方向端とを接続し、スロット５の径方向外側に位置するブリッジ部２３とを備えて構成される。詳しくは、第一外周磁性体領域２１は、スロット５の矩形状開口部５１における径方向外側に位置する内周壁５１ａと、コア本体部２０の外周縁との間に位置している。ブリッジ部２３は、スロット５の台形状開口部５２における径方向外側に位置する内周壁５２ａと、コア本体部２０の外周縁との間に位置している。また、コア本体部２０には、隣り合う第一外周磁性体領域２１にブリッジ部２３を介して挟まれた第二外周磁性体領域２２（図１の隣り合う永久磁石３の端部間の結線Ｌ０よりも径方向外側の領域）が形成されている。

第一外周磁性体領域２１は、第一外周磁性体領域２１の周方向中央Ｌ１を境に、ロータコア２の回転方向Ｒとは逆方向側の第一逆回転領域２１ａの透磁率が、ロータコア２の回転方向Ｒ側の第一正回転領域２１ｂの透磁率よりも小さくなるように形成されている。

すなわち、第一逆回転領域２１ａには、第一逆回転領域２１ａ側のブリッジ部２３から第一外周磁性体領域２１の周方向中央Ｌ１に向かって透磁率が徐徐に増加する第一非磁性化領域２４（図１，２において太い横線部分）が形成されている。一方、第一正回転領域２１ｂには、非磁性化領域は形成されておらず、そのままの磁性領域となっている。第一非磁性化領域２４は、ロータコア２の一端面から他端面に亘って同一面積となるように、第一非磁性化領域２４における増加端部の境界線２４ａ（図２参照）は、ロータ１の回転軸ＣＬと平行になるように形成されている。

この第一非磁性化領域２４を形成することにより、図１に示すように、等価的にｄ軸をロータコア２の円周方向（ロータコア２の回転方向Ｒ）にｄｄ軸までシフトさせ、図６に示すように、磁石トルク（図示一点鎖線）の位相を図示矢印ａ１方向にシフトさせて磁石トルクのピーク位相をリラクタンストルク（図示二点鎖線）のピーク位相に近付けることができ、磁石トルクおよびリラクタンストルクの合成トルクを高めることができる。ｄ軸のシフト量は、第一非磁性化領域２４の径方向の深さ、周方向の幅および透磁率の変化率等により任意に設定することができる。

第二外周磁性体領域２２は、第二外周磁性体領域２２の周方向中央Ｌ２を境に、ロータコア２の回転方向Ｒ側の第二正回転領域２２ａの透磁率が、ロータコア２の回転方向Ｒとは逆方向側の第二逆回転領域２２ｂの透磁率よりも小さくなるように形成されている。

すなわち、第二正回転領域２２ａには、第二正回転領域２２ａ側のブリッジ部２３から第二外周磁性体領域２２の周方向中央Ｌ２に向かって透磁率が徐徐に増加する第二非磁性化領域２５（図１，２において細かい目の網掛け部分）が形成されている。一方、第二逆回転領域２２ｂには、非磁性化領域は形成されておらず、そのままの磁性領域となっている。第二非磁性化領域２５は、ロータコア２の一端面から他端面に亘って同一面積となるように、第二非磁性化領域２５における増加端部の境界線２５ａは、ロータ１の回転軸ＣＬと平行になるように形成されている。

この第二非磁性化領域２５を形成することにより、図１に示すように、等価的にｑ軸をロータコア２の円周方向（ロータコア２の回転方向Ｒとは逆方向）にｑｑ軸までシフトさせ、図６に示すように、リラクタンストルク（図示二点鎖線）の位相を図示矢印ａ２方向にシフトさせてリラクタンストルクのピーク位相を磁石トルク（図示一点鎖線）のピーク位相に近付けることができ、磁石トルクおよびリラクタンストルクの合成トルクを高めることができる。ｑ軸のシフト量は、第二非磁性化領域２５の径方向の深さ、周方向の幅および透磁率の変化率等により任意に設定することができる。

ブリッジ部２３は、漏れ磁束を低減するために全体が非磁性化されている（図１，２において粗い目の網掛け部分）。
ここで、非磁性化とは、比透磁率が１となる完全な非磁性化、および比透磁率が電磁鋼板の比透磁率よりも低い弱磁性化を含む。非磁性化は、既知の技術、例えば第一逆回転領域２１ａ、第二正回転領域２２ａおよびブリッジ部２３に対する加熱や非磁性塗料の塗布等により処理されるが、好ましくは、第一逆回転領域２１ａ、第二正回転領域２２ａおよびブリッジ部２３を加熱溶融してキーホールを形成し、キーホールの周囲に合金元素を配置することにより処理される。

ブリッジ部２３のキーホールによる非磁性化処理について図３および図４を参照して説明する。非磁性化処理は、キーホール形成工程および元素配置工程で構成される。キーホール形成工程は、ロータコア２のブリッジ部２３に対し、ブリッジ部２３の外周縁（コア本体２０の外周縁２ａ）側からレーザＬを照射してキーホールＨを形成する工程である。キーホールＨとは、レーザＬの照射によって、レーザＬが照射されるブリッジ部２３の外周縁から台形状開口部５２の内周壁５２ａに向かって形成される円形穴を意味する。そして、キーホールＨ形成時には蒸発金属が発生し、キーホールＨの周囲には溶融池Ｐが形成される。つまり、溶融池Ｐは、ブリッジ部２３におけるレーザ照射面から裏面に至るまで形成される。

元素配置工程は、キーホールＨ周囲の溶融池Ｐに合金元素Ａを配置し、固溶合金化する工程である。合金元素Ａ（マンガン、ニッケル、クロム等）により形成されたワイヤＷをブリッジ部２３の外周縁のレーザＬ照射位置周辺に配置する。そして、ブリッジ部２３の外周縁に対するレーザＬ照射位置を相対移動させ、レーザＬ照射位置に合わせてワイヤＷも相対移動させる。レーザＬ照射位置が相対移動すると、前照射位置のキーホールＨは、溶融したブリッジ部２３により埋められる。

ワイヤＷは、溶融池Ｐに当接して溶融し、溶融したワイヤＷ（すなわち、合金元素Ａ）は、溶融池Ｐ内に混入し拡散する。溶融池Ｐでは、対流（図４の円弧状の矢印参照）が発生しやすい。特に、レーザＬの照射位置の進行方向の後方にて対流が発生しやすい。そして、溶融池Ｐに供給された合金元素Ａは、溶融池Ｐの対流によって、ブリッジ部２３の内周部側から外周縁側へ拡散され、外周縁側まで供給される。そうすると、溶融池Ｐの部分は、合金元素Ａの存在によって合金化されて、ブリッジ部２３におけるレーザ照射面から裏面に亘って非磁性化される。なお、ブリッジ部２３への合金元素Ａの供給は、キーホールＨ形成前、形成中、又は形成後でも良い。

第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａのキーホールによる非磁性化処理も上述のブリッジ部２３のキーホールによる非磁性化処理と同様に行われる。ただし、ブリッジ部２３は、ブリッジ部２３の外周縁から台形状開口部５２の内周壁５２ａに亘ってブリッジ部２３全体を非磁性化したが、第一逆回転領域２１ａは、第一逆回転領域２１ａの外周縁からスロット５の内周壁５１ａに向かう途中までの第一非磁性化領域２４のみを非磁性化する点で異なる。同様に、第二正回転領域２２ａは、第二正回転領域２２ａの外周縁から隣り合うスロット５間（結線Ｌ０）に向かう途中までの第二非磁性化領域２５のみを非磁性化する点で異なる。

すなわち、第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａにおいては、ブリッジ部２３から第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａの各周方向中央Ｌ１，Ｌ２に向かって透磁率が大きくなるように形成する必要があるためである。第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａにおける透磁率の変化部分の形成方法は同一であるため、以下に第一逆回転領域２１ａにおける透磁率の変化部分の形成方法について説明する。

第一逆回転領域２１ａにおける透磁率の変化部分の形成方法としては、図５Ａに示すように、合金元素の配合量は同一とし、周方向の幅ｗおよび軸方向の長さｈは同一で、径方向の深さがブリッジ部２３から周方向に向かうに従って徐徐に浅くなる（ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５＞ｄ６＞ｄ７＞ｄ８）複数の第一非磁性化領域２４ａ１〜２４ａ８を形成する。

また、図５Ｂに示すように、合金元素の配合量は同一とし、第一非磁性化領域２４の周方向の幅ｗおよび径方向の深さｄは同一で、軸方向の長さがブリッジ部２３から周方向に向かうに従って徐徐に短くなるように断続的に変化させた複数の第一非磁性化領域２４ｂ１〜２４ｂ８を形成する。

また、図５Ｃに示すように、第一非磁性化領域２４の周方向の幅ｗ、軸方向の長さｈおよび径方向の深さｄは同一で、合金元素の配合量がブリッジ部２３から周方向に向かうに従って徐徐に少なくなる複数の非磁性化領域２４ｃ１〜２４ｃ８を形成する。
なお、図５Ａ〜図５Ｃにおいては、ブリッジ部２３および各第一非磁性化領域２４ａ１〜２４ａ８，２４ｂ１〜２４ｂ８，２４ｃ１〜２４ｃ８の間は所定の間隔をあけて表示したが、ブリッジ部２３および各第一非磁性化領域２４ａ１〜２４ａ８，２４ｂ１〜２４ｂ８，２４ｃ１〜２４ｃ８を所定間隔をあけずに形成するようにしてもよい。また、第一、第二非磁性化領域２４，２５は、第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａの各範囲内であれば、任意の位置に任意の径方向の深さ、周方向の幅および透磁率の変化率で形成してもよい。

この第一の実施形態のロータ２によれば、第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａを非磁性改質して第一、第二非磁性化領域２４，２５を形成するのみで、等価的にｄ軸およびｑ軸をｄｄ軸およびｑｑ軸にシフトさせることができる。これにより、図６に示すように、磁石トルク（図示一点鎖線）の位相を図示矢印ａ１方向にシフトさせて磁石トルクのピーク位相をリラクタンストルク（図示二点鎖線）のピーク位相に近付けることができるとともに、リラクタンストルク（図示二点鎖線）の位相を図示矢印ａ２方向にシフトさせてリラクタンストルクのピーク位相を磁石トルク（図示一点鎖線）のピーク位相に近付けることができる。すなわち、磁石トルクのピーク位相とリラクタンストルクのピーク位相とを互いに近付けることができる。よって、磁石トルクおよびリラクタンストルクの合成トルクをＴｂからＴａに大幅に高めることができる。

そして、ＩＰＭモータの設計変更等により、永久磁石３のグレード（残留磁束密度の大きさ等）や電磁鋼板４のグレードを変更する場合であっても、第一、第二非磁性化領域２４，２５の径方向の深さ、周方向の幅および透磁率の変化率等を変更してｄ軸およびｑ軸のシフト量を最適化することができる。よって、手間およびコストが嵩むことはなく、ＩＰＭモータの設計変更等に容易に対応することができる。また、ｄ軸およびｑ軸のシフト前後のＩＰＭモータのトルクが同一のときは、磁石使用量を低減することができ、さらに低コスト化を図ることができる。

また、第一逆回転領域２１ａにおける非磁性化領域２４は、非磁性化されたブリッジ部２３から第一外周磁性体領域２１の周方向中央に向かって透磁率が大きくなるように形成されているので、第一外周磁性体領域２１における周方向の磁束密度分布を任意の形状で変化させることが可能となる。例えば、第一逆回転領域２１ａにおけるブリッジ部２３側の磁束密度を低くし、第一外周磁性体領域２１の周方向の磁極中央部の磁束密度を高くすることにより、周方向の磁束密度分布を略正弦波状にすることができる。

これにより、当該磁束密度分布には５次成分および７次成分の含有が減少するので、６次のトルクリップルを低減させて音や振動の発生を抑制することができる。そして、第二正回転領域２２ａにおける非磁性化領域２５も第一逆回転領域２１ａにおける非磁性化領域２４と同様に形成されているので、トルクリップルを低減させて音や振動の発生を一層抑制することができる。

（２．回転機用ロータの第二の実施形態の構成）
第二の実施形態の回転機に用いられるロータ６は、図１および図２に示す第一の実施形態の回転機に用いられるロータ１と基本的な構成は同一であるが、以下の点で異なる構成となっている。

第一の実施形態のロータコア２の第一逆回転領域２１ａには、第一逆回転領域２１ａ側のブリッジ部２３から第一外周磁性体領域２１の周方向中央Ｌ１に向かって透磁率が徐徐に増加する非磁性化領域２４が形成されているが、図７に示すように、第二の実施形態のロータコア７の第一逆回転領域２１ａには、第一逆回転領域２１ａ側のブリッジ部２３から第一外周磁性体領域２１の周方向中央に向かって透磁率が同一の第一非磁性化領域２６が形成されている。

第一非磁性化領域２６は、ロータコア７の一端面から他端面に亘って同一面積となるように、第一非磁性化領域２６における増加端部の境界線２６ａは、ロータ６の回転軸ＣＬと平行になるように形成されている。そして、第二正回転領域２２ａも同様に透磁率が同一の第二非磁性化領域２７が形成されている。なお、第一、第二非磁性化領域２６，２７は、第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａの範囲内であれば、任意の位置に任意の径方向の深さおよび周方向の幅で形成してもよい。

この第二の実施形態のロータ６によれば、第一の実施形態のロータ１と同様に、ｄ軸およびｑ軸をシフトさせてリラクタンストルクのピーク位相と磁石トルクのピーク位相とを互いに近付けることができ、磁石トルクおよびリラクタンストルクの合成トルクを大幅に高めることができる。また、第一、第二非磁性化領域２６，２７は、透磁率を同一にしているので、透磁率が徐徐に増加する第一、第二非磁性化領域２４，２５と比較して容易に形成することができる。

（３．回転機用ロータの第三の実施形態の構成）
第三の実施形態の回転機に用いられるロータ８は、図１および図２に示す第一の実施形態の回転機に用いられるロータ１と基本的な構成は同一であるが、以下の点で異なる構成となっている。

第一の実施形態のロータコア２の第一逆回転領域２１ａには、ロータコア２の軸方向であって上端面から下端面に向かって透磁率が同一となる第一非磁性化領域２４が形成されているが、図８に示すように、第三の実施形態のロータコア９の第一逆回転領域２１ａには、ロータコア９の軸方向であって上端面から下端面に向かって透磁率が徐徐に増加する第一非磁性化領域２８が形成されている。そして、第二正回転領域２２ａも同様に透磁率が徐徐に増加する第二非磁性化領域２９が形成されている。以下では第一非磁性化領域２８について説明する。

詳しくは、第一の実施形態のロータコア２の非磁性化領域２４における増加端部の境界線２４ａは、ロータ１の回転軸ＣＬと平行になるように設けられているのに対し、第三の実施形態のロータコア９の第一非磁性化領域２８は、ロータコア９の上端面で最大面積となり、ロータコア９の下端面で面積が０となるように、第一非磁性化領域２８における増加端部の境界線２８ａは、ロータ８の回転軸ＣＬに平行であって第一非磁性化領域２８とブリッジ部２３との境界を通る直線ＡＬに対し所定角度αで傾斜するように設けられている。

すなわち、第一逆回転領域２１ａにおける第一非磁性化領域２８の軸方向の透磁率の変化部分は、ロータコア９の端面から軸方向に向かうスキューが設けられている。このスキューの角度φと上述の所定角度αとの関係は、図９に示すように表される。つまり、第一非磁性化領域２８おける増加端部の境界線２８ａとロータ８の上端面の円周との交点をＳ１としたとき、この交点Ｓ１とロータ８の中心点（回転軸ＣＬ）とを結ぶ線をＳＣ１とする。また、ロータ８の回転軸ＣＬに平行な直線ＡＬとロータ８の上端面の円周との交点をＳ２としたとき、この交点Ｓ２とロータ８の中心点（回転軸ＣＬ）とを結ぶ線をＳＣ２とする。このときの直線ＳＣ１と直線ＳＣ２とのなす角度がスキューの角度φとなる。

このスキューの角度φを設けることにより、一方の磁極の位置とこの磁極に隣接する他方の磁極の位置とをコギングトルク波形の略半周期分ずらすことができ、コギングトルクの基本次数を低くすることができ、音や振動の発生をさらに抑制することができる。このコギングトルクの基本次数は、モータの極数とスロット数の最小公倍数であるため、例えば８極１２スロットのモータの場合、最小公倍数は２４であるので、モータ１回転で２４個の波が生じ、その波の周期は３６０°／２４＝１５°である。したがって、このモータに最適なスキューの角度φは１５°となる。このスキューの角度φから所定角度αを求めることにより、第一非磁性化領域２８を形成することができる。

そして、第二正回転領域２２ａにおける非磁性化領域２９も第一逆回転領域２１ａにおける非磁性化領域２８と同様に形成されているので、コギングトルクの基本次数を低くして音や振動の発生を一層抑制することができる。なお、第一、第二非磁性化領域２８，２９は、第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａの範囲内であれば、任意の位置に任意の径方向の深さおよび周方向の幅で形成してもよい。

（４．変形例）
なお、上述の各実施形態では、第一、第二非磁性化領域２４，２６，２８，２５，２７，２９を形成してｄ軸およびｑ軸をシフトさせる構成を説明したが、一方の非磁性化領域のみを形成する構成としてもよい。また、第一、第二非磁性化領域２４，２６，２８，２５，２７，２９を任意に組み合わせて形成した構成としてもよい。また、ブリッジ部２３は非磁性化することにより漏れ磁束が低減されるので好ましいが、ブリッジ部２３は非磁性化しなくても高トルクを得ることができる。

また、上述の各実施形態では、合金元素Ａにより形成されたワイヤＷをブリッジ部２３、第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａの外周面のレーザＬ照射位置周辺に配置し、キーホールＨ周囲に形成される溶融池Ｐに合金元素Ａを供給して非磁性化処理するようにしたが、以下の方法により非磁性化処理するようにしてもよい。

すなわち、ブリッジ部２３、第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａの第一、第二非磁性化領域２４，２６，２８，２５，２７，２９とすべき箇所に合金元素Ａのペレットを配置し、プレス加工により合金元素Ａのペレットをブリッジ部２３、第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａの第一、第二非磁性化領域２４，２６，２８，２５，２７，２９とすべき箇所に打込み、該合金元素ＡのペレットにレーザＬを照射して非磁性化処理するようにしてもよい。

また、ブリッジ部２３、第一逆回転領域２１ａおよび第二正回転領域２２ａの第一、第二非磁性化領域２４，２６，２８，２５，２７，２９とすべき箇所に合金元素Ａの粉末や粗粒あるいは薄膜を配置し、該合金元素Ａの粉末にレーザ２を照射して非磁性化処理するようにしてもよい。また、キーホールＨの形成手段としては、高密度エネルギを照射可能な手段であればよく、レーザＬの代わりに例えば電子ビーム等でもよい。

また、上述の各実施形態では、強磁性板４を複数枚積層してロータコア２，７，９を成形した後にロータコア２，７，９の径方向（外周縁側）からレーザＬを照射して非磁性化する構成としたが、１枚の強磁性板４に対し強磁性板４の軸方向（表面側）からレーザＬを照射して非磁性化し、当該強磁性板４を複数枚積層してロータコア２，７，９を成形する構成としてもよい。この場合、強磁性板４の厚さは薄いので、キーホールを強磁性板４の表面から裏面にかけて形成でき、非磁性領域を確実に高精度に形成することができる。特に、強磁性板４を１枚ずつ非磁性化することにより、径方向の深さが徐々に変化している第一実施形態の第一、第二非磁性化領域２４，２５、および、径方向の深さおよび軸方向の長さが徐々に変化している第三実施形態の第一、第二非磁性化領域２８，２９を高精度に形成することができる。

また、上述の実施形態では、ロータコア２，７，９の平面形状は円形状にしたが、磁極中央部が飛び出た所謂花びら形状のロータコアにも適用可能であり、さらに磁束密度分布を正弦波状に近付けて、音や振動の発生を一層抑制することができる。また、上述の実施形態では、インナロータのＩＰＭモータに適用する場合を説明したが、アウタロータのＩＰＭモータに適用することも可能である。また、４つの永久磁石３を備えたＩＰＭモータに適用する場合を説明したが、任意の数の永久磁石を任意の位置に配置したＩＰＭモータに適用することも可能である。

１，６，８：ロータ、 ２，７，９：ロータコア、 ２ａ：ロータコアの外周縁、 ３：永久磁石、 ４：強磁性板、 ５：スロット、 ２０：コア本体部、 ２１：第一外周磁性体領域、 ２１ａ：第一逆回転領域、 ２１ｂ：第一正回転領域、 ２２：第二外周磁性体領域、 ２２ａ：第二正回転領域、 ２２ｂ：第二逆回転領域、 ２３：ブリッジ部、 ２４，２６，２８：第一非磁性化領域、 ２５，２７，２９：第二非磁性化領域、 Ｈ：キーホール、 Ｌ：レーザ、 Ｐ：溶融池、 Ａ：合金元素

Claims (12)

1. 複数枚の積層された強磁性板により形成され、軸方向にスロットを形成されたロータコアと、
   前記スロットに収容された永久磁石と、
   を備えた回転機用ロータであって、
   前記ロータコアは、コア本体部と、前記スロットの径方向外側に位置する第一外周磁性体領域と、前記コア本体部の外周縁と前記第一外周磁性体領域の周方向端とを接続し前記スロットの端部の径方向外側に位置するブリッジ部と、を備え、
   前記第一外周磁性体領域は、前記第一外周磁性体領域の周方向中央を境に、前記ロータコアの回転方向とは逆方向側の領域である第一逆回転側領域の透磁率が、前記ロータコアの回転方向側の領域である第一正回転側領域の透磁率よりも小さくなるように形成され、
   前記コア本体部には、隣り合う前記第一外周磁性体領域に前記ブリッジ部を介して挟まれた第二外周磁性体領域が形成され、
   前記第二外周磁性体領域は、前記第二外周磁性体領域の周方向中央を境に、前記ロータコアの回転方向側の領域である第二正回転側領域の透磁率が、前記ロータコアの回転方向とは逆方向側の領域である第二逆回転側領域の透磁率よりも小さくなるように形成されている、回転機用ロータ。
2. 前記第一逆回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第一外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が大きくなるように形成されている、請求項１の回転機用ロータ。
3. 前記第二正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が大きくなるように形成されている、請求項１の回転機用ロータ。
4. 前記第一逆回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第一外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されている、請求項１の回転機用ロータ。
5. 前記第二正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されている、請求項１の回転機用ロータ。
6. 複数枚の積層された強磁性板により形成され、軸方向にスロットを形成されたロータコアと、
   前記スロットに収容された永久磁石と、
   を備えた回転機用ロータであって、
   前記ロータコアは、コア本体部と、前記スロットの径方向外側に位置する第一外周磁性体領域と、前記コア本体部の外周縁と前記第一外周磁性体領域の周方向端とを接続し前記スロットの端部の径方向外側に位置するブリッジ部と、を備え、
   前記コア本体部には、隣り合う前記第一外周磁性体領域に前記ブリッジ部を介して挟まれた第二外周磁性体領域が形成され、
   前記第二外周磁性体領域は、前記第二外周磁性体領域の周方向中央を境に、前記ロータコアの回転方向側の領域である第二正回転側領域の透磁率が、前記ロータコアの回転方向とは逆方向側の領域である第二逆回転側領域の透磁率よりも小さくなるように形成されている、回転機用ロータ。
7. 前記第二正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が大きくなるように形成されている、請求項６の回転機用ロータ。
8. 前記第二正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されている、請求項６の回転機用ロータ。
9. 前記第一正回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第一外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されている、請求項１〜５の回転機用ロータ。
10. 前記第二逆回転側領域は、前記ブリッジ部から前記第二外周磁性体領域の周方向中央に向かって透磁率が同一となるように形成されている、請求項１〜８の回転機用ロータ。
11. 前記透磁率を他の部位と異ならせる部位は、加熱により溶融させてキーホールを形成し、前記キーホール周囲の溶融池に合金元素を配置することで溶融されて形成されている、請求項１〜１０の何れか一項の回転機用ロータ。
12. 前記透磁率を他の部位と異ならせる部位は、加熱により前記透磁率を他の部位と異ならせる部位の外周縁から内周部に向かって溶融させてキーホールを形成する、請求項１１の回転機用ロータ。

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