JP7243117B2 - 永久磁石及びモータ - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石及びモータに関する。

回転子に対して永久磁石が埋め込まれた磁石埋め込み型モータでは、回転子の回転時に発生する反磁界によって永久磁石が減磁する可能性がある。これに対して、例えば、特許文献１では、重希土類元素を磁石の表面に付着させ、加熱処理により重希土類元素を内部へ拡散させることで、磁石の一部に重希土類元素が拡散している領域を形成することで、保磁力の異なる領域を有する磁石を形成する技術が開示されている。

特開２０１２－４１４７号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術において、磁石の保磁力を高めるために用いられている重希土類元素は基本的に高価であるためにコストが増大する。また、加熱処理等の重希土類元素の拡散に係る作業コストも発生する。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、低コストで製造可能であると共に、回転子の回転時の局所的な減磁を抑制可能な永久磁石及びこの永久磁石が適用されたモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る永久磁石は、モータの回転子に取り付けられる永久磁石であって、板状の複数の磁石を組み合わせて構成され、前記回転子に取り付けた際に前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する。

また、本発明の一形態に係るモータは、複数の磁石挿入孔を有する回転子と、前記複数の磁石挿入孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、を有するモータであって、前記永久磁石のうちの一部は、板状の複数の磁石を組み合わせて構成され、前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する。

上記の永久磁石及びモータによれば、永久磁石の厚さが大きい領域を一方の端部側に形成することで、永久磁石のパーミアンス係数を調整することができる。したがって、永久磁石のうちの一方の端部側に厚さが大きな領域を設けると、この永久磁石を回転子に取り付けた際に、回転子の回転時に発生し得る局所的な減磁を抑制することができる。また、上記の永久磁石は、板状の複数の磁石を組み合わせて構成されている。したがって、厚さが大きな領域を有する永久磁石を安価で製造することができ、コストの増大を抑制することができる。

ここで、上記の永久磁石において、前記複数の磁石が、前記永久磁石の厚さ方向に重ねられている態様とすることができる。

このような構成とすることで、厚さの小さな磁石を組み合わせて上記の永久磁石を製造することができ、永久磁石として用いる磁石量を必要最低限とすることができることから、コストを抑制して永久磁石を製造することができる。

また、前記複数の磁石が、前記永久磁石の長辺方向に沿って組み合わせられている態様とすることができる。

このような構成とすることで、比較的扱いやすい磁石同士を組み合わせることが可能となり、組み立てコストの上昇等を抑制することができる。

また、前記永久磁石を前記回転子に取り付けた際に、前記回転子の外方側に配置される主面の一部が突出することで、前記厚さが大きい領域が形成される態様とすることができる。

永久磁石は、回転子の外側で回転時の局所的な減磁の影響を受けやすい。そこで、回転子の外方側の主面の一部が突出する構成とすることで、回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。

また、上記のモータにおいて、前記複数の磁石挿入孔は、前記回転子の回転軸の周りに周期的に配置されて、前記複数の磁石挿入孔のうちの１以上の連続する磁石挿入孔に挿入される永久磁石により、前記回転子の磁極が構成され、前記磁極を構成する永久磁石のうち、前記回転子の回転方向に対して後方側の端部に配置される永久磁石が、板状の複数の磁石を組み合わせて構成され、前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する態様とすることができる。

回転子に取り付けられて磁極を構成する永久磁石のうち、回転方向に対する後方側の端部の永久磁石が、回転時の局所的な減磁の影響を受けやすい。そこで、回転方向に対する後方側の端部の永久磁石が、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する構成とすることで、回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。

また、前記複数の磁石挿入孔は、前記回転子の回転軸の周りに周期的に配置されて、前記複数の磁石挿入孔のうちの連続する２つの磁石挿入孔に挿入される２つの永久磁石により、前記回転子の磁極が構成され、前記磁極を構成する前記２つの永久磁石は、仮想線に対して対称に配置され、前記２つの永久磁石は、それぞれ板状の複数の磁石を組み合わせて構成され、前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、前記仮想線から遠い方の端部側に、他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する態様とすることができる。

上記のように、仮想線に対して対称に配置されて同一の磁極を構成する２つの永久磁石のそれぞれが、回転子の回転軸に対して直交する断面において、仮想線から遠い方の端部側に、他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する構成とすることで、回転子の回転方向によらず回転方向に対する後方側の端部において発生する可能性のある回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。

本発明によれば、低コストで製造可能であると共に、回転子の回転時の局所的な減磁を抑制可能な永久磁石及びこの永久磁石が適用されたモータが提供される。

本発明の一実施形態に係るモータの概略平面図である。 永久磁石の構成を説明する概略斜視図である。 図１の一部を拡大した図である。 永久磁石の形状及び磁石の組み合わせの変更例を示す図である。 回転子のコアにおける永久磁石の配置の変更例を示す図である。 （Ａ）は実施例１の磁化の減磁率を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）の一部拡大図である。 （Ａ）は実施例２の磁化の減磁率を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）の一部拡大図である。 （Ａ）は実施例３の磁化の減磁率を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）の一部拡大図である。 （Ａ）は比較例１の磁化の減磁率を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）の一部拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更をすることが可能である。

まず、実施形態に係るモータ１の構成について、図１を参照しつつ説明する。

図１に示すように、モータ１は、固定子（ステータ）２と、固定子２の内部に回転自在に配置された回転子（ロータ）３と、回転子３のコア７と連結したシャフト８とを備えて構成されている。モータ１は、回転子３の内部に永久磁石４を埋め込まれた、所謂磁石埋め込み型モータ（ＩＰＭモータ）である。

固定子２は、鉄心５と、鉄心５に巻装された複数の巻線６とから構成される。巻線６は固定子２の内周面で等間隔に所定数配置され、巻線６への通電により、回転子３を回転させるための回転磁界を発生させる。

回転子３は、コア７と、コア７に設けられた複数の磁石挿入孔（図示せず）と、複数の磁石挿入孔に収容されて固定された複数の永久磁石４とから構成される。

コア７は、薄板状の電磁鋼板等の積層体からなる。コア７の中心部分に軸穴が形成され、この軸穴に回転子３の回転軸となるシャフト８が嵌合される。コア７の外周付近には、コア７の軸（回転子３の回転軸に対応する）周りに周期的に並んだ複数対（図１では４対）の磁石挿入孔が設けられている。磁石挿入孔の各対は、コア７の軸から延びる仮想線（図３で示す仮想線Ａ）に対して対称的に配置されている。仮想線Ａに対して対照的に配置される２つ（１対）の磁石挿入孔に収容される２つの永久磁石４は、コア７の外側が同一極となるように配置されて、１極を構成している。図１に示すモータ１の場合、回転子３の極数は４である。

磁石挿入孔には、図２に示される永久磁石４が収容される。本実施形態では、磁石挿入孔の形状は、挿入される磁石の形状に対応していて、略Ｌ字形とされる。磁石挿入孔にはフラックスバリアとなる空間が形成されていてもよい。なお、説明のために、図２ではＸＹＺ直交座標系を示している。

永久磁石４は、図２に示すように、回転子３の回転軸方向に対して直交する方向（すなわち、回転子３を構成するコア７の主面の延在方向）に沿って重ねて配置された２つの板状の磁石４Ａ、４Ｂで構成されている。より具体的には、磁石４Ａ、４Ｂは長方形平板状とされている。なお、本実施形態における「板状」の磁石とは、対向配置する主面が互いに略平行である磁石である。したがって、例えば、略平行な主面を有しているが側面が傾斜している、または、主面の角部が丸められている磁石についても「板状」の磁石に含まれる。

２つの磁石４Ａ、４Ｂは同じ材料で構成された永久磁石とすることができる。本実施形態に係る磁石４Ａ、４Ｂは、希土類系永久磁石で構成されており、例えば、Ｒ－Ｔ－Ｂ系永久磁石とすることができる。また、その中でも、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石とすることができる。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ結晶から成る粒子（結晶粒子）および粒界を有する。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＲは、希土類元素の少なくとも１種を表す。希土類元素とは、長周期型周期表の第３族に属するＳｃとＹとランタノイド元素とのことをいう。ランタノイド元素には、例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等が含まれる。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＴは、Ｆｅ、あるいはＦｅおよびＣｏを表す。さらに、その他の遷移金属元素から選択される１種以上を含んでいてもよい。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＢは、ホウ素（Ｂ）、あるいは、ホウ素（Ｂ）および炭素（Ｃ）を表す。

本実施形態に係るＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、ＣｕまたはＡｌ等を含んでいてもよい。これらの元素の添加により、高保磁力化、高耐食性化、または磁気特性の温度特性の改善が可能となる。

さらに、本実施形態に係るＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、重希土類元素としてＤｙ、Ｔｂ、またはその両方を含んでいてもよい。重希土類元素は、結晶粒子及び粒界に含まれていてもよい。重希土類元素が、結晶粒子に実質的に含まれない場合は、粒界に含まれることが好ましい。粒界における重希土類元素の濃度は、結晶粒子における濃度より高いことが好ましい。本実施形態に係るＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、重希土類元素が粒界拡散されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石であってもよい。重希土類元素を粒界拡散したＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、粒界拡散しないＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石と比較して、より少量の重希土類元素で残留磁束密度および保磁力を向上させることができる。なお、本実施形態に係る磁石４Ａ、４Ｂとして重希土類元素が粒界拡散されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を用いる場合、重希土類元素が磁石の一部分に粒界拡散されたものではなく、磁石の全体に粒界拡散されたものを使用することができる。このような構成とすることで、生産性が向上すると共に、コストが低下する。

また、本実施形態に係る磁石４Ａ、４ＢがＲ－Ｔ－Ｂ系永久磁石である場合、Ｒ－Ｔ－Ｂ系永久磁石は、上記のように焼結を行うことにより製造されるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石に限定されない。例えば、焼結の代わりに熱間成型および熱間加工を行い製造されるＲ－Ｔ－Ｂ系永久磁石であってもよい。

室温にて原料粉末を成型することにより得られる冷間成型体に対して、加熱しながら加圧する熱間成型を行うと、冷間成型体に残存する気孔が消滅し、焼結によらずに緻密化させることができる。さらに、熱間成型により得られた成型体に対して熱間加工として熱間押出し加工を行うことにより、所望の形状を有し、かつ、磁気異方性を有するＲ－Ｔ－Ｂ系永久磁石を得ることができる。

なお、磁石４Ａ、４Ｂは、互いに異なる材料の磁石であってもよい。

永久磁石４は、磁石４Ａ上（Ｙ軸正側）と磁石４Ｂとを厚さ方向（高さ方向：Ｙ軸方向）に重ねる（積層する）ことで形成されている。永久磁石４の大きさは回転子の外径、極数等によって適宜選定される。磁石４Ａは、例えば、長辺長さ（Ｘ軸方向長さ）は３ｍｍ～７０ｍｍの範囲であり、高さ（Ｙ軸方向長さ）は１ｍｍ～４０ｍｍの範囲である。また、磁石４Ｂは、例えば、長辺長さは１ｍｍ～３５ｍｍの範囲であり、高さは１ｍｍ～４０ｍｍの範囲である。また、磁石４Ｂの長辺長さは、磁石４Ａの長辺長さに対して５％以上５０％以下が好ましく、１０％以上４０％以下がより好ましい。また、磁石４Ｂの高さは、磁石４Ａの高さに対して１０％以上１５０％以下が好ましく、２０％以上１００％以下がより好ましい。

なお、磁石４Ａ、４Ｂは、短辺の長さは同じであることが好ましく、図２に示すように、磁石４Ａ、４Ｂを重ねた際には、長辺に沿った側面（短辺と交差するＸＹ平面に平行な側面）の端部が一致することが好ましい。

また、磁石４Ｂは、磁石４Ａの一方側の短辺同士が平面視において重なり合うように積層される。本実施形態では、磁石４Ａの主面４０Ａ（ＸＺ平面に平行な面）に含まれる一の短辺４１Ａ（Ｘ軸負側の短辺）と、磁石４Ｂの主面４０Ｂ（ＸＺ平面に平行な面）に含まれる一の短辺４１Ｂ（Ｘ軸負側の短辺）と、が重なる状態で、主面４０Ａと主面４０Ｂとが対向した状態で磁石４Ａ上に磁石４Ｂが積層される。この結果、永久磁石４の長辺方向（Ｘ軸方向）に沿って永久磁石４を見たときに、一方側（磁石４Ａ，４Ｂが積層しているＸ軸負側）では、永久磁石４の厚さ（積層方向に沿った高さ）が大きく、他方側（磁石４Ａ上に磁石４Ｂが積層していないＸ軸正側）では、永久磁石４の厚さが小さくなっている。このように、本実施形態に係る永久磁石４は、永久磁石４の厚さが互いに異なる領域を有している。また、永久磁石４は、断面（ＸＹ平面に平行な面）形状が略Ｌ字形状となっている。

上記の磁石４Ａ、４Ｂは同一方向に磁化されており、本実施形態では高さ（厚さ）方向に平行な方向Ｍ（Ｙ軸正方向）に磁化されている。なお、磁石４Ａ、４Ｂは、いずれも一軸に平行である一様な配向であるとする。

磁石４Ａ，４Ｂは、接着剤等によって接合されていてもよい。また、磁石４Ａ、４Ｂの間には、接合層が介在していてもよい。一対の磁石４Ａ、４Ｂの間に接合層が介在している場合、磁石４Ａ、４Ｂの間隔は０．０１ｍｍ～０．１ｍｍの範囲が好ましい。

図３は、図１の一部拡大図である。上記の永久磁石４は、回転子３のコア７に設けられた磁石挿入孔（図示せず）に収容されることで、図３に示すように配置される。

永久磁石４の各対は、コア７の軸から延びる仮想線Ａに対して対照的に配置されている。より具体的には、永久磁石４は、略Ｌ字形の長辺（磁石４Ａにより形成される長辺部分）から延長された直線と仮想線Ａとがなす角が所定の角度（例えば、４５°～８５°程度であるが、特に限定されない）だけ傾いた状態で、対照的に配置されている。このように、永久磁石４は、図２における上方（Ｙ軸正側）がコア７の外周側を向くように磁石挿入孔に収容される。また、磁石挿入孔に収容された場合、永久磁石４における回転子３（コア７）の回転軸に対して直交する断面とは、図２における永久磁石４のＸＹ平面に平行な断面となる。

この結果、図３に示すように、一対の永久磁石４は、仮想線Ａから遠い側（回転子３の外周に近い側）の両端部において、永久磁石４の厚さ（シャフト８の延在方向から見たときの永久磁石４の積層方向の厚さ、または、コア７の主面上で永久磁石４の長辺の延在方向に沿って見たときの永久磁石４の幅）が大きくなり、仮想線Ａから近い側（回転子３の回転軸に近い側）の両端部において永久磁石４の厚さが小さくなっている。

永久磁石４は、適宜、磁石挿入孔に充填剤を充填することで、磁石挿入孔内に固定することができる。充填剤としては、熱硬化性樹脂を用いることができ、たとえばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。ただし、磁石挿入孔に収納された永久磁石４が磁石挿入孔に対して固定された状態となるのであれば、必ずしも充填剤を用いる必要はない。

上記で説明した通り、本実施形態に係る永久磁石４は、一方の端部側に、他の領域よりも厚みが大きい領域を有する。永久磁石４の場合には、一方の端部側の磁石４Ｂが重ねられている領域が、他の領域（磁石４Ｂが重ねられていない領域）と比べて厚くなっている。より具体的には、回転子３の回転軸に対して直交する断面（コア７の主面と平行な断面）において、一方の端部側が他方の端部側に比べて厚い。このような構成を有することで、減磁しやすい領域での減磁を抑制することができる。

一般的に、永久磁石が取り付けられるモータでは、回転子が回転することで部分的磁石の磁化方向とは逆向きの磁界（逆磁界）がかかることが知られている。逆磁界がかかる領域は、永久磁石の配置等によって変わるが、例えば、回転子の回転方向に対して後方側（回転方向とは逆側）の端部に逆磁界がかかることが知られている。例えば、図３で示す矢印Ｒが回転子３の回転方向であるとすると、図３で示す２つの永久磁石４のうち、右側の永久磁石４の右側端部付近に逆磁界がかかると考えられる。このように、逆磁界が生じる領域では永久磁石の減磁が発生することが懸念される。これに対して、従来は、磁石材料に重希土類元素を含有させること等、材料の保磁力を高めることで、減磁を防ぐことが一般的であった。しかしながら、重希土類元素は高価であり、磁石の材料コストが増大してしまう。この点を鑑みて、例えば、加熱処理による拡散等を利用して一部領域にのみ重希土類元素を含有させるこことも検討されているが、依然として重希土類元素を含有させるための材料コストが高価となると共に、加熱処理が必要となるため、永久磁石の製造コストを十分に抑制できるとはいえなかった。

一方、本実施形態に係る永久磁石４では、磁石４Ｂが重ねられている一方の端部側が、他の領域と比べて厚くなっている。すなわち、回転子３の回転軸に対して直交する断面における永久磁石４の厚さが大きい領域を一方の端部側に形成することで、永久磁石４のパーミアンス係数を調整することができる。パーミアンス係数は、磁石の磁化方向の厚さと、磁石の磁化方向に対して垂直な方向の磁石の幅（図２において、磁化方向がＹ軸方向である場合の、Ｘ軸方向の長さ）と、の比に応じて変わるものである。また、磁石においてパーミアンス係数が小さい領域は、逆磁界等の影響を受けて減磁しやすい。そこで、永久磁石４では、永久磁石４のうちの逆磁界を受けやすい一方の端部側に厚さが大きな領域を設けることで、この永久磁石４を回転子３に取り付けた際に、回転子３の回転時に発生し得る局所的な減磁を抑制することができる。すなわち、逆磁界がかかりやすい領域に、永久磁石４のうち厚さが大きな領域を配置することで、当該領域における減磁を抑制することができる。

また、上記の永久磁石４は、板状の複数の磁石４Ａ、４Ｂを組み合わせて構成されている。永久磁石４のような形状の磁石を製造しようとすると、製造コストが増大する。一方、板状の磁石４Ａ，４Ｂは、一般的な製造方法で製造することが可能なため、コストの増大を抑制することができる。また、永久磁石４では、複数の磁石４Ａ、４Ｂを組み合わせて、その厚さを変化させることで、局所的な減磁抑制を可能としている。このように、材料を変更することに代えて、板状の複数の磁石４Ａ、４Ｂを組み合わせて、回転子３の回転軸に対して直交する断面において厚さが異なる領域を有する永久磁石４は、低コストで製造可能であると共に、回転子の回転時の局所的な減磁を抑制可能である。

なお、回転子３の回転軸に対して直交する断面における永久磁石４の厚さが大きくなる領域が「一方の端部側」に形成される、とは、回転子３の回転軸に対して直交する断面において永久磁石４の厚さが大きくなる領域が、永久磁石４の中央付近ではなく端部に偏って設けられることをいう。本実施形態の永久磁石では、厚さが大きな領域が一方の端部及び当該端部から磁石４Ｂが延在する領域に形成されているが、「厚さが大きな領域」が永久磁石の一方の端部を含んで設けられている必要はない。例えば、永久磁石４の角部を丸める等により、端部よりもその内側の領域が「厚さが大きな領域」となっていてもよい。

また、永久磁石４は、板状の磁石４Ａ、４Ｂを重ねることで、厚さが大きな領域を形成している。したがって、永久磁石４としては、図２に示すように、下側（Ｙ軸負側）の主面は磁石４Ａの一方の主面４０Ａとは逆側の主面により形成されていて、平坦となっている。すなわち、永久磁石４の一方の磁石挿入孔に収容した際に回転軸側に配置される主面は平坦面であって、磁石４Ｂを重ねることにより他方側の磁石挿入孔に収容した際に回転軸に対して外方側に配置される主面の一部が突出することで、厚さが大きな領域が形成される。しかしながら、永久磁石４において厚さが大きな領域をどのように形成するかは、適宜変更することができる。また、永久磁石４を構成する磁石の組み合わせについても適宜変更することができる。

図４は、永久磁石における２つの磁石の組み合わせの変更例である。図４（Ａ）～（Ｃ）は、いずれも変形例に係る永久磁石の断面図（回転子の回転軸に対して直交する断面における断面図）を示すものである。図４（Ａ）～（Ｃ）は、いずれも厚さが互いにことなる２つの磁石４Ｃ、４Ｄを組み合わせて永久磁石を形成している。

図４（Ａ）に示す永久磁石５１は、上記実施形態で説明したように２つの磁石４Ａ、４Ｂを厚さ方向に重ねることで、厚さが大きな領域を形成することに代えて、厚さが互いに異なる磁石４Ｃ、４Ｄを組み合わせて、永久磁石４の長辺方向（Ｘ軸方向）に沿って並べることで、厚さが大きな領域を形成している。このように、他の領域と比べて厚さが大きな領域を有する永久磁石を形成する際の複数の磁石の組み合わせ方は、適宜変更することができる。なお、磁石の組み合わせ方を変更する場合でも、板状の磁石同士を組み合わせて永久磁石を形成することで、永久磁石を低コストで製造することができる。また、永久磁石５１のように長辺方向（Ｘ軸方向）に沿って磁石を並べて永久磁石を形成する場合、厚さ方向（Ｙ軸方向）に磁石を積層する場合と比較して、磁石に発生する渦電流損失を低減することができることが考えられる。

図４（Ｂ）に示す永久磁石５２は、一方側の主面の一部が突出することで厚さが大きな領域が形成されている点は、永久磁石４、５１と同じであるが、突出する領域が形成される面が異なる。すなわち、永久磁石５２を磁石挿入孔に収容した際に回転軸側に配置される主面（図示下方側の主面）の一部が突出している点が、永久磁石５１と相違する。このように、永久磁石において厚さが異なる領域を形成する際の突出部の配置は、磁石挿入孔に収容した際に回転軸に対して外方に配置される面に限定されない。

図４（Ｃ）に示す永久磁石５３は、永久磁石の両方の主面の一部に他の領域と比較して突出している領域が形成されている点が、他の永久磁石と相違する。図４（Ｃ）に示すように、対向する主面の両方の一部に他の領域と比較して突出している領域が形成されている場合、永久磁石５３は、断面（ＸＹ平面に平行な面）形状が略Ｔ字形状となっている。このように、永久磁石５３の断面形状が略Ｌ字形状ではなく略Ｔ字形状であっても、厚さが大きな領域が形成されていることで、当該領域におけるパーミアンス係数を大きくすることができるため、永久磁石４等と同様に回転子の回転時の局所的な減磁を抑制可能である。

なお、図４（Ｂ）に示す永久磁石５２及び図４（Ｃ）に示す永久磁石５３を形成する際の磁石の組み合わせ方についても適宜変更することができる。例えば、３つの磁石を組み合わせて、永久磁石を形成してもよい。

図５は、モータ１における回転子３のコア７に収容される永久磁石の配置の変更例である。図１及び図３に示すように、上記実施形態では、回転子３における１つの磁極を２つの永久磁石４を仮想線Ａに対して対称配置する場合について説明したが、上記実施形態で説明した永久磁石４と他の形状の永久磁石を組み合わせて、回転子３における１つの磁極を形成してもよい。なお、図５では、磁石挿入孔の記載を省略している。

図５（Ａ）では、矢印Ｒで示す回転子３の回転方向に対して後方となる図示右側の永久磁石として、磁石４Ａ、４Ｂにより構成された厚さの大きな領域を有する永久磁石４が配置されているが、矢印Ｒで示す回転子３の回転方向に対して後方となる図示左側の永久磁石として、磁石４Ａのみが配置されている。このように、逆磁界がかかる領域を考慮して、永久磁石の配置を適宜変更することができる。その際に、仮想線に対して対象となる配置としていなくてもよい。

図５（Ｂ）では、一対の永久磁石として上記実施形態で説明した永久磁石４が配置されると共に、これらの間に磁石４Ａ、４Ｂとは異なる平板状の磁石４Ｅが配置されている。この図５（Ｂ）に示す例では、連続して配置される３つの永久磁石が磁極を構成していることになる。このように、回転子３における１つの磁極を形成する永久磁石は１以上であればよく、その数及び配置は適宜変更することができる。

以上のように、本実施形態に係る永久磁石４及びこの永久磁石４を取り付けたモータ１によれば、永久磁石４の厚さが大きい領域を一方の端部側に形成することで、永久磁石４のパーミアンス係数を調整することができる。したがって、永久磁石４のうちの一方の端部側に厚さが大きな領域を設けると、この永久磁石４を回転子３に取り付けた際に、回転子３の回転時に発生し得る局所的な減磁を抑制することができる。また、また、上記の永久磁石４は、板状の複数の磁石４Ａ、４Ｂを組み合わせて構成されている。したがって、厚さが大きな領域を有する永久磁石４を安価で製造することができ、コストの増大を抑制することができる。

また、上記の永久磁石において、複数の磁石４Ａ、４Ｂが、永久磁石４の厚さ方向に重ねられている構成とすることで、厚さの小さな磁石を組み合わせて上記の永久磁石を製造することができるため、磁化等に係るコストを抑制して永久磁石を製造することができる。

また、永久磁石４を回転子３に取り付けた際に、回転子３の外方側に配置される主面の一部が突出することで、厚さが大きい領域が形成される構成とすることで、回転子の外側で回転時の局所的な減磁の影響を好適に抑制することができる。

また、モータ１の回転子３に取り付けられて磁極を構成する永久磁石のうち、回転方向に対する後方側の端部の永久磁石４が、回転時の局所的な減磁の影響を受けやすい。そこで、上記実施形態で説明したように、回転方向に対する後方側の端部の永久磁石が、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する構成とすることで、回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。

また、仮想線Ａに対して対称に配置されて同一の磁極を構成する２つの永久磁石４のそれぞれが、回転子の回転軸に対して直交する断面において、仮想線から遠い方の端部側に、他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する構成とした場合、回転子の回転方向によらず回転方向に対する後方側の端部において発生する可能性のある回転時の局所的な減磁を好適に抑制することができる。さらに、回転子３に設けられる複数の磁極の全てにおいて、上記の構成とした場合、回転子３に設けられる全ての磁石挿入孔に対して同一形状の永久磁石４が挿入されることとなる。この場合、モータ１の組み立ての作業性も向上する。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、モータに設けられた磁石挿入孔の数は適宜増減することができ、磁石挿入孔の位置関係についても適宜変更することができる。また、永久磁石を構成する磁石の数は、適宜変更することができる。また、その形状も適宜変更することができる。

本発明の内容（効果等）を実施例及び比較例を参照してさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
永久磁石４をモータ１の回転子３に組み込んだ際の局所的な減磁を有限要素法を用いて求めた。モータ１は、スロット（不図示）を２４個有した固定子２を備えており、２４個のスロットそれぞれを通して巻線６が集中巻で３０ターン巻回されている。巻線６は、所定の順に電気的に接続され、３相交流電源（不図示）に接続され、回転子３を回転させるための回転磁界を発生させるように構成されている。モータ１は、図３に示すような一対の永久磁石４で一つのＮ極又はＳ極を示す磁極を１６対、回転子３に備えている。このように、モータ１は、１６極２４スロットのインナーロータ型のＩＰＭモータである。

永久磁石４を形成する磁石４Ａ、４Ｂ（図６及び図２参照）の磁気特性は、２０℃における残留磁束密度Ｂｒは１．３５［Ｔ］、保磁力Ｈｃｊは１５００［ｋＡ／ｍ］であり、１５０℃における残留磁束密度Ｂｒは１．１７４５［Ｔ］、保磁力Ｈｃｊは５７０［ｋＡ／ｍ］である。永久磁石４を形成する磁石４Ａの長辺長さは１１．６ｍｍ、高さは５ｍｍである。永久磁石４を形成する磁石４Ｂの長辺長さは２．５ｍｍであり、磁石４Ａの長辺長さに対し２２％になっている。同様に、永久磁石４を形成する磁石４Ｂの高さは２ｍｍであり、磁石４Ａの高さに対し４０％になっている。

このように構成した実施例１において、２０℃、無通電時の永久磁石４の磁化を１００％とし、ピーク電流１００［Ａ］の３相交流電流を巻線６に通電しながら１０００［ｒｐｍ］で回転子３を回転させ、さらに１５０℃に加熱した後、２０℃に戻した時の磁化の減磁率を有限要素法で求めた。具体的には、図６（Ａ），（Ｂ）に示す、磁石４Ｂの回転子外方側の隅部の半径０．２ｍｍである領域Ａ１の減磁率を求めたところ、６．２％であった。

（実施例２）
実施例２は、実施例１における永久磁石４を、図７（Ａ）及び図４（Ｃ）に示す永久磁石５３に置き換えた以外は、実施例１と同様の構成である。なお、図４（Ｃ）は２つの磁石の配置関係を示すための模式図であり、磁石の寸法については図４（Ｃ）よりも図７（Ａ）が正確である。永久磁石５３では、実施例１の永久磁石４のように２つの磁石４Ａ，４Ｂを厚さ方向に重ねることに代えて、厚さが互いに異なる２つの磁石４Ｃ，４Ｄが長辺方向（Ｘ軸方向）に沿って並べて配置され、厚さが大きな領域が形成されている。磁石４Ｄは、磁石４Ｃよりも厚さが大きい。永久磁石５３では、厚さが大きい領域を形成する突出部が、対向する主面の両方に形成されている。このように構成した実施例２においても、実施例１と同様に、磁石４Ｄの回転子外方側の隅部の半径０．２ｍｍである領域Ａ２（図７（Ａ），（Ｂ）参照）の減磁率を求めたところ、１４．２％であった。

（実施例３）
実施例３は、実施例１における永久磁石４を、図８（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す永久磁石５２に置き換えた以外は、実施例１と同様の構成である。なお、図４（Ｂ）は２つの磁石の配置関係を示すための模式図であり、磁石の寸法については図４（Ｂ）よりも図８（Ａ）が正確である。実施例３の永久磁石５２は、実施例２の永久磁石５３と同様に、２つの磁石４Ｃ，４Ｄが長辺方向（Ｘ軸方向）に沿って並べて配置されている。実施例２の永久磁石５３では、厚さが大きい領域を形成する突出部が対向する主面の両方に形成されているのに対し、実施例３の永久磁石５２では、上記突出部が回転軸側に配置される主面にのみ形成されている。このように構成した実施例３においても、実施例１と同様に、磁石４Ｄの回転子外方側の隅部の半径０．２ｍｍである領域Ａ３（図８（Ａ），（Ｂ）参照）の減磁率を求めたところ、２１．８％であった。

（比較例１）
比較例１は、実施例１における永久磁石４を、図９（Ａ）に示す永久磁石４０１に置き換えた以外は、実施例１と同様の構成である。永久磁石４０１は、実施例１における磁石４Ｂに相当する構成を備えておらず、磁石４Ｂに代えて、コア７と同一材質の薄板状の電磁鋼板などの積層体を備えている。このように構成した比較例１においても、実施例１と同様に、永久磁石４０１の回転子外方側の隅部の半径０．２ｍｍである領域Ａ４（図９（Ａ），（Ｂ）参照）の減磁率を求めたところ、３８．９％であった。

上述したように、実施例１～３の減磁率はいずれも比較例１の減磁率より小さく、回転子の回転時の局所的な減磁を抑制できたことが確認された。

１…モータ、３…回転子、４，５１～５３…永久磁石、７…コア、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ…磁石。

Claims (8)

1. モータの回転子に取り付けられる永久磁石であって、
   板状の２つの磁石を組み合わせて構成され、
   前記回転子に取り付けた際に前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有し、
   前記２つの磁石が、前記永久磁石の厚さ方向に重ねられており、
   前記２つの磁石の配向方向が、互いに同一方向であり、
   前記永久磁石を前記回転子に取り付けた際に前記回転子の外方側に配置される主面にのみ、前記厚さが大きい領域を形成する突出部が設けられており、
   前記回転軸に対して直交する断面における形状がＬ字形状になっている、永久磁石。
2. モータの回転子に取り付けられる永久磁石であって、
   長方形平板状の２つの磁石を組み合わせて構成され、
   前記回転子に取り付けた際に前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有し、
   前記永久磁石を前記回転子に取り付けた際に、前記回転子の外方側に配置される主面の一部が前記回転子の外方側に突出することで、前記厚さが大きい領域が形成される、永久磁石。
3. 前記２つの磁石が、前記永久磁石の長辺方向に沿って組み合わせられている、請求項１又は２に記載の永久磁石。
4. 前記２つの磁石の磁気特性は、互いに同じである、請求項１～３のいずれか一項に記載の永久磁石。
5. 複数の磁石挿入孔を有する回転子と、
   前記複数の磁石挿入孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、
   を有するモータであって、
   前記永久磁石のうちの一部は、板状の２つの磁石を組み合わせて構成され、
   前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有し、
   前記２つの磁石が、前記永久磁石の厚さ方向に重ねられており、
   前記２つの磁石の配向方向が、互いに同一方向であり、
   前記永久磁石を前記回転子に取り付けた際に前記回転子の外方側に配置される主面にのみ、前記厚さが大きい領域を形成する突出部が設けられており、
   前記回転軸に対して直交する断面における形状がＬ字形状になっており、
   前記Ｌ字形状の長辺を構成する主面から延長された直線と、前記回転軸から延びる仮想線とがなす角が４５°～８５°の範囲内の角度である、モータ。
6. 複数の磁石挿入孔を有する回転子と、
   前記複数の磁石挿入孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、
   を有するモータであって、
   前記永久磁石のうちの一部は、長方形平板状の２つの磁石を組み合わせて構成され、
   前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有し、
   前記永久磁石を前記回転子に取り付けた際に、前記回転子の外方側に配置される主面の一部が前記回転子の外方側に突出することで、前記厚さが大きい領域が形成され、
   前記主面から延長された直線と、前記回転軸から延びる仮想線とがなす角が４５°～８５°の範囲内の角度である、モータ。
7. 前記複数の磁石挿入孔は、前記回転子の回転軸の周りに周期的に配置されて、
   前記複数の磁石挿入孔のうちの１以上の連続する磁石挿入孔に挿入される永久磁石により、前記回転子の磁極が構成され、
   前記磁極を構成する永久磁石のうち、前記回転子の回転方向に対して後方側の端部に配置される永久磁石が、板状の２つの磁石を組み合わせて構成され、前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、一方の端部側に他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する、請求項５又は６に記載のモータ。
8. 前記複数の磁石挿入孔は、前記回転子の回転軸の周りに周期的に配置されて、
   前記複数の磁石挿入孔のうちの２つの連続する磁石挿入孔に挿入される２組の永久磁石により、前記回転子の磁極が構成され、
   前記磁極を構成する前記２組の永久磁石は、前記仮想線に対して対称に配置され、
   前記２組の永久磁石は、それぞれ板状の２つの磁石を組み合わせて構成され、前記回転子の回転軸に対して直交する断面において、前記仮想線から遠い方の端部側に、他の領域と比べて厚さが大きい領域を有する、請求項５又は６に記載のモータ。
   

Images