JP7293859B2 - 埋込磁石型ロータおよび埋込磁石型ロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、埋込磁石型ロータおよび埋込磁石型ロータの製造方法に関する。

従来、界磁源となる永久磁石が埋め込まれてなる埋込磁石型のロータが存在する。たとえば特許文献１に記載されるように、円筒状のロータには、その外周側へ向けて開くＵ字状をなす複数の磁石孔が周方向に並べて設けられている。これら磁石孔には、その内形形状に対応するＵ字状の磁石が埋め込まれている。磁石のＵ字先端の角部には、所定の半径を有する曲面が設けられている。ロータからステータへ向けた磁束の流れがより滑らかになることにより、モータのトルク変動が抑制される。

特開２００５－５７９５１号公報

特許文献１のロータによれば、磁石のＵ字先端の角部に曲面を設けることによって、たしかにトルク変動を抑制することができるのかもしれない。しかし、特許文献１のロータにおいては、磁石のＵ字先端の角部に曲面が設けられないロータと比べて、当該曲面が設けられる分だけ磁石量が減少する。このため、磁石量の減少に応じてモータトルクが低下するおそれがある。

本発明の目的は、モータトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる埋込磁石型ロータを提供することにある。また、モータトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる埋込磁石型ロータが得られる埋込磁石型ロータの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成し得る埋込磁石型ロータは、円筒状のステータに対して相対回転可能に挿入される円柱状のコアと、前記コアに設けられた複数の磁石孔にそれぞれ埋め込まれる永久磁石とを備え、前記コアの軸方向からみて、前記磁石孔は前記コアの中心側から周面側へ向けて延びる延設部分を有している。前記コアの軸方向からみて、前記延設部分の幅は前記コアの周面側へ向けて狭くならないように設定されるものであって、前記コアにおける前記磁石孔の延設部分と前記コアの周面との間の部分である壁の厚みは、前記コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。

この構成によれば、壁の磁気抵抗は、コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に大きくなる。このため、永久磁石から発せられる磁束が壁における前述した他の磁石孔と反対側の部分を通りやすくなる。したがって、コアとステータとの間の隙間内における磁束密度分布の高次成分が低減し、コギングトルク、ひいてはトルク変動が抑制される。また、壁の磁気抵抗がコアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に大きくなることにより、永久磁石から発せられる磁束のうち壁を通って前述した他の磁石孔に埋め込まれた永久磁石へ至る無駄な磁束である漏れ磁束が減少する。これにより、モータトルクを確保することができる。また、コアの軸方向からみて、延設部分の幅はコアの周面側へ向けて狭くならないように設定されるため、磁石孔に埋め込まれる永久磁石の延設部分に対応する部位の厚みも一定となる。永久磁石のパーミアンス係数が確保されるため、永久磁石は減磁しにくい。

上記の埋込磁石型ロータにおいて、前記延設部分における前記コアの周面に対応する内側面は、前記他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に前記コアの周面に近接するように設けられていることが好ましい。

この構成によれば、コアの軸方向からみて、壁の厚みをコアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に薄くすることができる。また、たとえば壁の厚みを一定とする場合に比べて、永久磁石の量を増大させることができる。永久磁石の量が増大する分だけ、モータトルクをより増大させることができる。

上記の埋込磁石型ロータにおいて、前記延設部分における前記コアの周面に対応する内側面は、前記他の磁石孔との境界部分の中間を通って前記コアの半径方向に沿って延びる極間線上に設定される中心点を中心とした円弧面であることが好ましい。

この構成によれば、壁の厚みを効果的かつ簡単に変化させることができる。また、たとえば壁の厚みを一定とする場合に比べて、永久磁石の量をより増大させることができる。永久磁石の量が増大する分だけ、モータトルクをより増大させることができる。

上記目的を達成し得る埋込磁石型ロータの製造方法は、円筒状のステータに対して相対回転可能に挿入される円柱状のコアと、前記コアに設けられた複数の磁石孔にそれぞれ埋め込まれる永久磁石とを備え、前記コアの軸方向からみて、前記磁石孔は前記コアの中心側から周面側へ向けて延びる延設部分を有している埋込磁石型ロータの製造方法である。前記コアの軸方向からみて、前記延設部分の幅は前記コアの周面側へ向けて狭くならないように設定する。また、前記コアの軸方向からみて、前記コアにおける前記磁石孔の延設部分と前記コアの周面との間の部分である壁の厚みは、モータトルクとトルク変動とを考慮して、前記コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて薄くなるように設定する。

上記の製造方法によれば、壁の厚みを、モータトルクおよびトルク変動を考慮した適切な厚みに設定することができる。そして上記の製造方法により得られる埋込磁石型ロータによれば、つぎの作用が得られる。すなわち、壁の磁気抵抗は、コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に大きくなる。このため、永久磁石から発せられる磁束が壁における前述した他の磁石孔と反対側の部分を通りやすくなる。したがって、コアとステータとの間の隙間内における磁束密度分布の高次成分が低減し、コギングトルク、ひいてはトルク変動が抑制される。また、壁の磁気抵抗がコアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に大きくなることにより、永久磁石から発せられる磁束のうち壁を通って前述した他の磁石孔に埋め込まれた永久磁石へ至る無駄な磁束である漏れ磁束が減少する。これにより、モータトルクを確保することができる。また、コアの軸方向からみて、延設部分の幅はコアの周面側へ向けて狭くならないように設定されるため、磁石孔に埋め込まれる永久磁石の延設部分に対応する部位の厚みも一定となる。永久磁石のパーミアンス係数が確保されるため、永久磁石は減磁しにくい。

上記の埋込磁石型ロータの製造方法において、前記コアは電磁鋼板が積層されてなるものであって、前記壁における最も薄い部分である最薄部の厚みは、前記電磁鋼板を打ち抜き加工することができる最小限の厚み、および前記電磁鋼板の製造公差に基づき設定することが好ましい。

この製造方法によれば、壁の厚みをコアの製造工程を考慮した適切な厚みに設定することができる。

本発明の埋込磁石型ロータによれば、モータトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる。また、本発明の埋込磁石型ロータの製造方法によれば、モータトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる埋込磁石型ロータが得られる。

埋込磁石型ロータの一実施の形態が使用されるモータの一部分を破断した正面図。 埋込磁石型ロータの一実施の形態を示す斜視図。 一実施の形態のロータをその軸方向からみた要部を示す平面図。 （ａ）は一実施の形態および比較例のロータが使用されたモータの定格トルクを示すグラフ、（ｂ）は一実施の形態および比較例のロータが使用されたモータのコギングトルク割合を示すグラフ、（ｃ）は一実施の形態および比較例のロータの要部を示す平面図。 一実施の形態および比較例のロータが使用されたモータにおけるエアギャップ内の磁束密度の分布を示すグラフ。 一実施の形態および比較例のロータが使用されたモータにおけるモータトルクの変化を示すグラフ。 一実施の形態および比較例のロータが使用されたモータにおけるコギングトルクの変化を示すグラフ。 一実施の形態のロータが使用されたモータにおけるエアギャップ内の磁束密度の変化を示すグラフ。 他の実施の形態のロータをその軸方向からみた要部を示す平面図。 （ａ），（ｂ）は、他の実施の形態のロータをその軸方向からみた要部を示す平面図。

以下、埋込磁石型ロータの一実施の形態を説明する。まず埋込磁石型ロータが使用されるＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）の構造を説明する。
図１に示すように、ＩＰＭモータ１０は円筒状のケース１１、円筒状のステータ１２、出力軸１３および円柱状のロータ１４を有している。ステータ１２はケース１１の内周面に圧入された状態で固定されている。ステータ１２の内周面には図示しない複数のティースが形成されている。これらティースには、それぞれ導線が巻回されることにより３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に対応するコイル１２ａが設けられている。出力軸１３は図示しない軸受を介してケース１１に対して回転可能に支持されている。ロータ１４は出力軸１３の外周に固定されている。ロータ１４の外周面とステータ１２の内周面との間には全周にわたってエアギャップＧｐ（隙間）が形成されている。

つぎに、ロータ１４の構成を詳細に説明する。
図２に示すように、ロータ１４は、複数枚の電磁鋼板２０が積層されてなる円柱状のロータコア２１、およびロータコア２１の内部に埋め込まれた１０個の永久磁石２２を有している。

ロータコア２１の中心には、出力軸１３が挿入される挿入孔２３が設けられている。挿入孔２３はロータコア２１の軸方向に沿って貫通している。また、ロータコア２１における挿入孔２３の周囲には永久磁石２２と同数の１０個の磁石孔２４が設けられている。各磁石孔２４はロータコア２１の軸方向に沿って貫通している。ロータコア２１を軸方向からみて、各磁石孔２４はロータコア２１の円周方向に沿って一定間隔をあけて設けられている。また、ロータコア２１の軸方向からみて、各磁石孔２４はロータコア２１の内周面から外周面へ向かうにつれて開くＵ字状をなしている。

各磁石孔２４には、永久磁石２２が埋め込まれている。永久磁石２２としては、たとえば樹脂結合型のボンド磁石が採用される。ボンド磁石は、磁性粉末とバインダ（結着剤）としての合成樹脂とを混合したものを所定の形状（ここでは、Ｕ字柱状）に成形して着磁することにより製造される。永久磁石２２は、たとえばＵ字の内側部分がＮ極、Ｕ字の外側部分がＳ極となるように着磁される。

図３に示すように、磁石孔２４は第１の孔部３１、第２の孔部３２および第３の孔部３３が互いに連結されてなる。第１の孔部３１および第２の孔部３２は、Ｕ字の２つの腕部に相当する部分であって、ロータコア２１の半径方向に沿った外周側に向かうにつれてロータコア２１の円周方向における対向距離が徐々に長くなるように設けられている。第３の孔部３３は、Ｕ字の底部に相当する部分であって、第１の孔部３１および第２の孔部３２におけるロータコア２１の半径方向における内周側の端部を連結するように設けられている。なお、第１の孔部３１および第２の孔部３２は、磁石孔２４におけるロータコア２１の中心側から周面側へ向けて延びる延設部分に相当する。

ロータコア２１の軸方向からみて、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａとロータコア２１の外周面２１ａとの間の部分である壁３４の厚みは、ロータコア２１の円周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔２４（図３中の右隣の磁石孔２４）へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。換言すれば、ロータコア２１の軸方向からみて、壁３４の厚みは、ロータコア２１の周方向において、磁石孔２４のＵ字内側である極中心線Ｌ１側から磁石孔２４のＵ字外側である極間線Ｌ２側へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。

極中心線Ｌ１とは、ロータコア２１の軸方向からみて、ロータコア２１の半径方向に沿って延び、かつロータコア２１の中心を通る直線であって、磁石孔２４あるいは永久磁石２２の対称軸に一致する直線をいう。また、極間線Ｌ２とは、ロータコア２１の軸方向からみて、ロータコア２１の半径方向に沿って延び、かつロータコア２１の中心を通る直線であって、ロータコア２１の円周方向において隣り合う２つの磁石孔２４，２４の境界部分の中間を通る直線をいう。

ロータコア２１の軸方向からみて、壁３４の内側面でもある、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、極間線Ｌ２上に設定される中心点Ｐ０１を中心とする円弧面である。第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、ロータコア２１の円周方向において、極中心線Ｌ１側から極間線Ｌ２側へ向かうにつれて、換言すれば磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて、ロータコア２１の外周面に対して徐々に近接する。

中心点Ｐ０１は、つぎのようにして設定される。すなわち、まず壁３４の最も厚い部分である最厚部３４ａの厚みｔ１と、壁３４の最も薄い部分である最薄部３４ｂの厚みｔ２とを設定する。次いで、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａと、ロータコア２１の円周方向において互いに対向する２つの内側面とが交わる２つの点Ｐ１，Ｐ２を通る円弧の中心を中心点Ｐ０１として極間線Ｌ２上に設定する。

最厚部３４ａの厚みｔ１は、たとえば電磁鋼板２０の厚みと同程度の厚みに設定される。最薄部３４ｂの厚みｔ２は、電磁鋼板２０の磁石孔２４に対応する孔の部分を打ち抜き加工することができる最小限の厚みに基づき設定される。

最薄部３４ｂの厚みｔ２は、次式（Ａ）で表される。
ｔ２＝ｔ_ｍｉｎ±ε …（Ａ）
ただし、「ｔ_ｍｉｎ」は壁３４の取り得る最小厚みである。最小厚みｔ_ｍｉｎは、電磁鋼板２０の磁石孔２４に対応する孔の部分を打ち抜き加工することができる最小限の厚みの理論値であって、電磁鋼板２０の厚みによって決まる値である。最小厚みｔ_ｍｉｎは、たとえば電磁鋼板２０の厚みから、その３０％～５０％程度の値を減算した値に設定される。「ε」は製造公差であって、電磁鋼板２０をたとえばプレスによって打ち抜き加工する際に使用する金型の精度などによって決まる値である。

たとえば電磁鋼板２０の厚みが「０．５ｍｍ」である場合、最小厚みｔ_ｍｉｎは「０．３５ｍｍ」、製造公差εは「０．１４ｍｍ」となる。この場合、最薄部３４ｂの厚みｔ２の取り得る範囲は「０．２１ｍｍ～０．４９ｍｍ」、望ましい範囲は「０．２８ｍｍ～０．４２ｍｍ」、最適な範囲は「０．３２ｍｍ～０．３８ｍｍ」である。

なお、ロータコア２１の軸方向からみて、第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａとロータコア２１の外周面２１ａとの間の部分である壁３５の厚みについても、先の壁３４と同様の観点に基づき設定される。すなわち、壁３５は、ロータコア２１の円周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔２４（図３中の左隣の磁石孔２４）へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。ロータコア２１の軸方向からみて、第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａは、ロータコア２１の円周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔２４（図３中の左隣の磁石孔２４）との間の極間線Ｌ３上に設定される中心点Ｐ０２を中心とする円弧面である。また、第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａは、ロータコア２１の円周方向において、極中心線Ｌ１側から極間線Ｌ３側へ向かうにつれて、換言すれば磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて、ロータコア２１の外周面に対して徐々に近接する。壁３５も、その最も厚い部分である最厚部３５ａ、および最も薄い部分である最薄部３５ｂを有している。

＜実施の形態の作用＞
つぎに、ロータ１４の実施例と比較例１～比較例４との比較を通じて、本実施の形態の作用を説明する。実施例および比較例１～比較例４において、電磁鋼板２０の厚みは同じであって、ここでは「０．５ｍｍ」に設定されている。また、ロータコア２１の壁３４，３５は同様の作用を奏するため、ここではロータコア２１の壁３４による作用を主として説明し、壁３５による作用についてはその詳細な説明を割愛する。

図４（ｃ）に示すように、実施例では、ロータコア２１における壁３４の厚みは、ロータコア２１の円周方向において磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうに連れて徐々に薄くなるように設定されている。実施例では、壁３４の最厚部３４ａの厚みｔ１が「０．５ｍｍ」、最薄部３４ｂの厚みｔ２が「０．３５ｍｍ」に設定されている。

比較例１では、ロータコア２１における壁３４の厚みがその円周方向の全長にわたって一定の値に設定されている。壁３４の厚みは、実施例の最厚部３４ａと同じ「０．５ｍｍ」で一定である。

比較例２～比較例４では、磁石孔２４における第１の孔部３１の外周側かつＵ字内側の角部（図４（ｃ）中の左上の角部）に曲面Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が設けられている。これら曲面Ｓ２～Ｓ４の半径Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の大小関係は次式（Ｂ）に示すとおりである。

Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ４ …（Ｂ）
ここでは、曲面Ｓ２の半径Ｒ２は「１．０ｍｍ」、曲面Ｓ３の半径Ｒ３は「２．０ｍｍ」、曲面Ｓ４の半径Ｒ４は「２．９ｍｍ」に設定されている。

図４（ａ）のグラフに示すように、実施例および比較例１～４のロータを有するＩＰＭモータの定格トルクを解析したところ、実施例のロータを使用したＩＰＭモータの定格トルクが最も大きい値となった。比較例１～４のロータを有するＩＰＭモータの定格トルクは、比較例１，２、比較例３、比較例４の順に小さい値となった。すなわち、曲面Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の半径Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が大きくなるほど、ＩＰＭモータの定格トルクの値が小さくなる。

これは、つぎの理由による。すなわち、実施例では、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａが磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれてロータコア２１の外周面に対して徐々に近接する円弧面状に設けられる。このため、壁３４の厚みは一定ではなくロータコア２１の円周方向において磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に薄くなる。しかも、壁３４の最薄部３４ｂの厚みｔ２は、打ち抜き加工することができる最小限の厚みである最小厚みｔ_ｍｉｎを基準として設定される。したがって、壁３４の厚みが最厚部３４ａの厚みｔ１から最薄部３４ｂの厚みｔ２へ向けて徐々に薄くされる分だけ磁石孔２４の容積が増加する。すなわち、実施例のロータによれば、比較例１～比較例４のロータに比べて磁石孔２４に埋め込まれる永久磁石２２の量を増やすことが可能である。永久磁石２２の量が増大する分だけ、ＩＰＭモータの定格トルクの値も大きくなる。また、壁３４の厚みが最厚部３４ａの厚みｔ１から最薄部３４ｂの厚みｔ２へ向けて徐々に薄くされるところ、壁３４の厚みが薄くなるほど磁気抵抗が増大する。このため、特定の永久磁石２２から発せられる磁束のうち壁３４を通って隣接する永久磁石２２へ至る無駄な磁束である漏れ磁束が減少する。この漏れ磁束が減少する分だけ、ＩＰＭモータの定格トルクを確保することができる。

これに対して、比較例２～比較例４のロータにおいては、第１の孔部３１の曲面Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の半径が大きくなるほど磁石孔２４の容積、ひいては磁石孔２４に埋め込まれる永久磁石２２の量が減少し、その永久磁石２２の量が減少する分だけＩＰＭモータの定格トルクが減少する。ちなみに、比較例１および比較例２のロータを使用したＩＰＭモータの定格トルクは、ほぼ同じ値である。すなわち、比較例２の曲面Ｓ２の半径Ｒ２が極小さい値に設定されているため、磁石量に対する曲面Ｓ２の影響はほとんどないと考えられる。

図４（ｂ）のグラフに示すように、実施例および比較例１～４のロータを有するＩＰＭモータの定格トルクに対するコギングトルクの割合を解析したところ、実施例および比較例４のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルク割合が比較例１～比較例３のロータを使用したＩＰＭモータに比べて特に小さい値となった。

これは、つぎの理由による。比較例４のロータを使用したＩＰＭモータについては、磁石孔２４における第１の孔部３１の外周側かつＵ字内側の角部に曲面Ｓ４が設けられている。この曲面Ｓ４は比較例１～比較例４の中で最も大きい半径Ｒ４を有していて、第１の孔部３１のＵ字内側の内側面（図４（ｃ）中の左内側面）からＵ字外側の内側面（図４（ｃ）中の右内側面）に達するかたちで設けられている。この構成により、ＩＰＭモータのエアギャップＧｐ内の磁束密度の分布、具体的にはロータからステータへ向けた磁束の流れがより滑らかになるため、コギングトルクが減少する。

実施例のロータを使用したＩＰＭモータについては、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａとロータコア２１の外周面２１ａとの間の部分である壁３４の厚みが、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に薄くなる。換言すれば、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれてロータコア２１の外周面に対して徐々に近接する円弧面状をなしている。この構成により、比較例４の曲面Ｓ４と同様の作用が得られるため、コギングトルクが減少したと考えられる。

実施例のロータを使用したＩＰＭモータにおいて、ロータの回転角とＩＰＭモータにおけるエアギャップ内の磁束密度との関係は、つぎの通りである。
図８のグラフに示すように、ロータ１４が１つの永久磁石２２に対応する角度だけ回転したとき、ＩＰＭモータ１０のエアギャップＧｐ内の磁束密度は、ロータの回転角の変化に対して頂部が凹んだ滑らかな台形状に変化する。すなわち、ロータの回転角が０°を基準として増大するにつれて磁束密度は急激に増大する。その後、ロータの回転角が増大するにつれて、磁束密度は下に凸となる滑らかな凹状の曲線を描くかたちで減少から増大へ転じ、やがて急激に減少する。図８のグラフから、ロータ１４の回転に対して、ＩＰＭモータ１０のエアギャップＧｐ内の磁束密度の分布が滑らかに変化することが見てとれる。

ここで、ＩＰＭモータ１０におけるエアギャップＧｐ内の磁束密度分布には、多くのひずみ（高調波成分）が含まれる。磁束密度分布のひずみは、ＩＰＭモータのコギングトルク、ひいてはトルク変動を増加させる要因にもなる。

図５のグラフに示すように、実施例および比較例１のロータを使用したＩＰＭモータのエアギャップ内の磁束密度分布を解析したところ、おおよその傾向として、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのエアギャップ内の磁束密度分布における高次成分は、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータに比べて小さな値となる。特に、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのエアギャップ内の磁束密度分布における５次成分は、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータに比べて大幅に減少している。このため、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルクは、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルクよりも小さくなる。

図６のグラフに示すように、実施例および比較例１のロータを使用したＩＰＭモータにおけるロータの回転角に対するトルクの変化を実測したところ、実施例のロータを使用したＩＰＭモータが発生するトルクの平均値Ｔ０は、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータが発生するトルクの平均値Ｔ１よりも大きい値となった。ＩＰＭモータの発生トルクについて、先の図４（ａ）に示される解析結果に近似した実測結果が得られた。

図７のグラフに示すように、実施例および比較例１のロータを使用したＩＰＭモータにおけるロータの回転角に対するコギングトルクの変化を実測したところ、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルクＡ０は、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルクＡ１よりも小さい値となった。ちなみに、コギングトルクはロータとステータとの位置関係によって変動するところ、その変動の振幅として評価する。ＩＰＭモータのコギングトルクについて、先の図４（ｂ）に示される解析結果に対応した実測結果が得られた。

図４（ｂ）に示されるように、比較例４のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルク割合は、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルク割合に比べてわずかに小さい値となる。しかし、先の図４（ａ）のグラフに示されるように、ＩＰＭモータの定格トルクの点では、比較例４のロータを使用したＩＰＭモータは実施例のロータを使用したＩＰＭモータに大きく劣る。したがって、実施例のロータを使用したＩＰＭモータによれば、定格トルクを確保しつつ、トルク変動を低減することが可能である。

＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ロータコア２１の軸方向からみて、磁石孔２４の第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａとロータコア２１の外周面２１ａとの間の部分である壁３４の厚みは、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。このため、壁３４における磁気抵抗は、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうに連れて徐々に大きくなる。永久磁石２２から発せられる磁束が壁３４におけるＵ字内側の部分を通りやすくなることにより、ＩＰＭモータ１０におけるエアギャップＧｐ内の磁束密度分布の高次成分、特に５次成分が低減する。したがって、ＩＰＭモータ１０のコギングトルク、ひいてはトルク変動が抑制される。壁３５によっても壁３４と同様の作用および効果が得られる。

（２）また、壁３４の磁気抵抗が磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に増大することにより、特定の永久磁石２２から発せられる磁束のうち壁３４を通って最も近く隣接する永久磁石２２へ至る無駄な磁束である漏れ磁束が減少する。この漏れ磁束が減少する分だけ、ＩＰＭモータが発生するトルクを確保することができる。すなわち、ＩＰＭモータ１０のトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる。壁３５によっても壁３４と同様の作用および効果が得られる。

（３）また、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれてロータコア２１の外周面２１ａに対して徐々に近接している。このため、たとえば壁３４の厚みを一定とする場合に比べて、永久磁石２２の量を増大させることができる。この永久磁石２２の量が増大する分だけ、ＩＰＭモータ１０が発生するトルクをより増大させることができる。第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａによっても、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａと同様の作用および効果が得られる。

（４）しかも、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、極間線Ｌ２上に設定される中心点Ｐ０１を中心とする円弧面である。また、第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａは、極間線Ｌ３上に設定される中心点Ｐ０２を中心とする円弧面である。このため、効果的に、かつ簡単に壁３４の厚みを変化させることができる。

（５）磁石孔２４における第１の孔部３１、第２の孔部３２および第３の孔部３３の幅は、すべて同じ値に設定されている。すなわち、永久磁石２２の厚み（すなわち、永久磁石２２の磁化方向における長さ）は、Ｕ字の全長にわたって一定である。永久磁石２２のパーミアンス係数の値がＵ字の全長にわたって同じ値となるため、永久磁石２２は減磁しにくい。これに対し、先の図４（ｃ）に示される比較例２～比較例４では、永久磁石のＵ字先端の厚みが他の部分の厚みよりも薄いためパーミアンス係数が低下する。したがって、比較例２～比較例４のロータに使用される永久磁石は、実施例のロータに使用される永久磁石に比べて減磁しやすい。

ちなみに、パーミアンス係数とは、減磁界（磁界強度）と磁束密度との比をいう。パーミアンス係数は、自己減磁の影響を表す値でもあって、永久磁石２２の形状に依存する。また、減磁界とは、磁化された永久磁石の表面に生じる磁界はＮ極からＳ極へ向かうところ、永久磁石の内部で働く磁化の方向とは逆向きの磁界をいう。この減磁界は、永久磁石の寸法比によって異なり、磁化方向に細長い永久磁石ほど小さくなる。減磁界の影響は、実用的には減磁界と磁束密度の比の傾きで表わされる。

（６）ロータコア２１の軸方向からみて、壁３４，３５の厚みは、モータトルクとトルク変動とを考慮して設定される。このため、壁３４，３５の厚みを、モータトルクおよびトルク変動を考慮した適切な厚みに設定することができる。

（７）壁３４，３５における最も薄い部分である最薄部３４ｂ，３５ｂの厚みは、電磁鋼板２０を打ち抜き加工することができる最小限の厚み、および電磁鋼板２０の製造公差に基づき設定される。このため、壁３４，３５の厚みをロータコア２１の製造工程を考慮した適切な厚みに設定することができる。

＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・永久磁石２２として、ボンド磁石に代えて、焼結磁石を採用してもよい。焼結磁石は、磁性粉末が高温で焼き固められてなる。

・ロータコア２１として、複数枚の電磁鋼板２０が積層されてなる積層鉄心に代えて、磁性粉末が圧縮成形されてなる圧粉磁心を採用してもよい。この場合、圧粉磁心の強度によっては、壁３４の取り得る最小厚みｔ_ｍｉｎに基づく最薄部３４ｂの厚みｔ２を上記実施例よりも小さい値に設定することができる。

・本実施の形態では、１０個の永久磁石２２を有する１０極構造のロータ１４を一例として挙げたが、ロータ１４の磁極数は特に限定されるものではなく適宜変更してもよい。
・図１０（ａ）に示すように、ロータコア２１に対して直方体状の永久磁石２２をロータ１４の軸方向からみてＶ字状をなすように埋め込んでもよい。この場合、永久磁石２２が埋め込まれる磁石孔２４は各々独立して設けてもよい。この場合、磁石孔２４は、ロータコア２１の中心側から周面側へ向けて延びる延設部分に相当する。また、図１０（ｂ）に示すように、永久磁石２２はロータコア２１の軸方向に直交する断面形状が角型のＵ字状をなしていてもよい。また、図示は割愛するが、永久磁石２２はロータコア２１の軸方向に直交する断面形状がＶ字状をなしていてもよい。

・図９に示すように、ロータコア２１の軸方向からみて、磁石孔２４の第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａを円弧面状ではなく平面状に設けてもよい。磁石孔２４の第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａについても同様である。このようにしても、壁３４，３５の厚みは、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に薄くなる。このため、前記実施の形態の（１）～（５）と同様の効果を得ることができる。

・本実施の形態では、磁石孔２４における第１の孔部３１、第２の孔部３２および第３の孔部３３の幅をすべて同じ値（一定幅）に設定したが、ロータコア２１の軸方向からみて、少なくとも第１の孔部３１および第２の孔部３２の幅がロータコア２１の外周面側へ向けて狭くならないように設定すればよい。たとえばロータコア２１の軸方向からみて、第１の孔部３１および第２の孔部３２の幅をロータコア２１の外周面側へ向けて徐々に広くなるように設定してもよい。

・ＩＰＭモータ１０は、たとえば電動パワーステアリング装置における操舵アシスト力の発生源、ステアバイワイヤ式の操舵装置における操舵反力の発生源あるいは車両の転舵輪を転舵させるための転舵力の発生源、または電気自動車あるいはハイブリッド自動車の走行用駆動源としての用に供してもよい。また、ＩＰＭモータ１０は、電動オイルポンプ（ＥＯＰ）の駆動源としての用に供してもよい。

１２…ステータ、１４…埋込磁石型のロータ、２０…電磁鋼板、２１…ロータコア、２１ａ…ロータコアの外周面、２２…永久磁石、２４…磁石孔、３１…第１の孔部（延設部分）、３１ａ…内側面、３２…第２の孔部（延設部分）、３２ａ…内側面、３３…第３の孔部、３４，３５…壁、３４ａ，３５ａ…最厚部、３４ｂ，３５ｂ…最薄部、Ｌ２…極間線、Ｐ０１，Ｐ０２…中心点。

Claims (4)

1. 円筒状のステータに対して相対回転可能に挿入される円柱状のコアと、前記コアに設けられた複数の磁石孔にそれぞれ埋め込まれる永久磁石とを備え、前記コアの軸方向からみて、前記磁石孔は前記コアの中心側から周面側へ向けて延びる延設部分を有している埋込磁石型ロータであって、
   前記コアの軸方向からみて、前記延設部分の幅は前記コアの周面側へ向けて狭くならないように設定されるものであって、前記コアにおける前記磁石孔の延設部分と前記コアの周面との間の部分である壁の厚みは、前記コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて薄くなるように設定されており、
   前記延設部分における前記コアの周面に対応する内側面は、前記他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に前記コアの周面に近接するように設けられている埋込磁石型ロータ。
2. 前記延設部分における前記コアの周面に対応する内側面は、前記他の磁石孔との境界部分の中間を通って前記コアの半径方向に沿って延びる極間線上に設定される中心点を中心とした円弧面である請求項１に記載の埋込磁石型ロータ。
3. 円筒状のステータに対して相対回転可能に挿入される円柱状のコアと、前記コアに設けられた複数の磁石孔にそれぞれ埋め込まれる永久磁石とを備え、前記コアの軸方向からみて、前記磁石孔は前記コアの中心側から周面側へ向けて延びる延設部分を有している埋込磁石型ロータの製造方法であって、
   前記コアの軸方向からみて、前記延設部分の幅は前記コアの周面側へ向けて狭くならないように設定する一方、前記コアにおける前記磁石孔の延設部分と前記コアの周面との間の部分である壁の厚みは、モータトルクとトルク変動とを考慮して、前記コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて薄くなるように設定し、
   前記延設部分における前記コアの周面に対応する内側面は、前記他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に前記コアの周面に近接するように設ける埋込磁石型ロータの製造方法。
4. 前記コアは電磁鋼板が積層されてなるものであって、
   前記壁における最も薄い部分である最薄部の厚みは、前記電磁鋼板を打ち抜き加工することができる最小限の厚み、および前記電磁鋼板の製造公差に基づき設定する請求項３に記載の埋込磁石型ロータの製造方法。

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