JPH10271723A - 永久磁石界磁型回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 界磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石を良好に着磁可能な
永久磁石界磁型回転電機およびその製造方法を提供する
ことである。また、界磁用磁石として焼結磁石を用いた
場合において安価でかつ高性能を維持した永久磁石界磁
型回転電機を提供する。 【解決手段】 回転子コア内部にＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石（Ｒ
はＹを含めたＮｄ，Ｄｙ等の希土類元素の１種または２
種以上）を有した内部磁石型回転子を備えた永久磁石界
磁型回転電機であって、前記回転子単独の状態における
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石のパーミアンス係数（Ｐｃｍ）と残留
磁束密度（Ｂｒ：ｋＧ）とが、（Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／
７ の関係を満たすことを特徴とする永久磁石界磁型回
転電機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は配設された界磁用Ｒ
−Ｆｅ−Ｂ磁石の着磁性が良好な回転電機およびその製
造方法に関する。また、本発明は配設された界磁用焼結
磁石の加工が簡略化されて安価であるとともに高性能を
保持した永久磁石界磁型回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の永久磁石材料の特性改良には目覚
ましいものがあり、例えばＲ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石
（ＲはＹを含めたＮｄ，Ｄｙ等の希土類元素の１種また
は２種以上の元素であり、以後Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石と略
す。）はその非常に高い磁石特性によって、主に軽薄短
小の分野（例えば、ハードディスクドライブのヘッドア
クチュエータ駆動用モータ等。）に広く用いられてき
た。近年、高温に耐えるＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石が開発され、
出力が１０ｋＷを越すような大型の回転電機（例えば、
電気自動車駆動用モータ等。）にも使用されるようにな
ってきた。しかし、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石は磁石特性が高い
反面、回転電機に界磁用磁石として配設された状態で着
磁を行う際にその固有の優れた磁石特性を１００％引き
出すことが可能な十分な着磁磁界強度を確保できない場
合が実用上多く見られる。

【０００３】本発明者らは永久磁石界磁型回転電機に組
み込まれたＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石の着磁条件を鋭意検討した
結果、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）が９０
００Ｇ以上のときに着磁不良が多く発生していることを
確認した。

【０００４】図１１の斜視図に示される従来の表面磁石
型回転子１０５では回転子コア１０２の外周面にＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ磁石１０３を配置しているが、この磁石１０３
を単体で着磁した後その回転子１０５に配置する場合、
この磁石１０３の単体着磁におけるパーミアンス係数は
０．５以下であることが多く着磁の印加磁界を大きくし
てもこの磁石１０３の内部に不完全着磁部分が残存する
可能性があり、好ましくない。他方、未着磁のＮｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ磁石１０３を配置した表面磁石型回転子１０５の
状態でそのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１０３を着磁する方法が
あるが、回転子１０５の仕様変更毎に着磁用の専用治具
を設計、製作する必要があり、コスト高となるため実用
的でない。さらに、この方法で着磁した回転子１０５を
図１２に示した回転電機２００に組み込む際に回転子１
０５と固定子１０４との間に強力な磁気吸引力が作用す
るので、この組み込み作業には困難が伴い、回転電機２
００が大型化するとさらに適切な組み込み用治具を使用
しないと非常に危険である。

【０００５】上記組み込み作業の困難性を改善した提案
として、完成した回転電機の状態で固定子巻線の発生磁
界を利用して着磁を行う方法があり、図１２により説明
する。図１２の回転電機２００では、固定子１０４の例
えばＵ相巻線１１５とＶ相巻線１１６に電流を流し、回
転子１０５の界磁用磁石１０３にこれら固定子巻線から
発生した着磁磁界を印加せしめ、着磁を行うことができ
る。固定子１０４の各Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線を施す部分１０
８がスロットと呼ばれる固定子鉄芯に設けられた凹部で
ある。また、スロット１０８に挟まれた凸部１０９を歯
あるいは歯部と呼んでいる。この着磁方法によれば着磁
用の専用治具は必要ないが、巻線で発生した磁束は鉄芯
の歯部１０９に集中するため、スロット１０８と対向す
る界磁用磁石１０３の部分では着磁磁界が低く、歯部
（固定子磁極）１０９と対向する界磁用磁石１０３の部
分では着磁磁界が高いので、界磁用磁石１０３に部分的
な着磁率の変動が生じて均一な着磁磁石が得られないこ
とになる。この着磁不良の界磁用磁石１０３を配置した
永久磁石界磁型回転電機２００ではこの界磁用磁石１０
３の発生磁束量が局部的に変動するので、回転電機の性
能低下を招来してしまう。

【０００６】次に、界磁用磁石として公知の焼結磁石
（例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結磁石等。）を使
用する際には、姿砥石等を用いた砥石研削や平面研削等
の機械研削により焼結あがりの磁石体表面の黒皮部分を
除去して所定の寸法精度を付与しているのが実状であ
り、焼結磁石の加工効率の悪さに基因した加工費がかさ
んで永久磁石界磁型回転電機のコスト低減を阻んでいる
一因となっている。他方、未加工の焼結磁石（全面黒皮
品）を界磁用磁石１０３として上記図１２の回転電機２
００に配設すると寸法精度不足からエアギャップ１０６
の厚みが不均一になることや発生磁束量にばらつきを生
じて、高性能の回転電機を実現することが困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は装着された界磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石を良好に着磁
可能な永久磁石界磁型回転電機およびその製造方法を提
供することである。また、界磁用磁石として用いる焼結
磁石の焼結上がりのもの（全面黒皮品）の寸法ばらつき
と加工性の悪さとを考慮して、高性能を維持しながら焼
結磁石の加工コストを抑えた安価な永久磁石界磁型回転
電機を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明の永久磁石界磁型回転電機は、回転子コア内部にＲ−
Ｆｅ−Ｂ磁石（ＲはＹを含めたＮｄ，Ｄｙ等の希土類元
素の１種または２種以上）を有した内部磁石型回転子を
備えた永久磁石界磁型回転電機であって、前記回転子単
独の状態における前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石のパーミアンス
係数（Ｐｃｍ）と残留磁束密度（Ｂｒ：ｋＧ）とが、
（Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／７ の関係を満たすことを特徴
とする。本発明によれば、永久磁石界磁型回転電機の界
磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石に印加される有効磁界強度を常温
環境で１５ｋＯｅ以上とすれば、そのＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石
にほぼ着磁率１００％の良好な着磁を付与できて永久磁
石界磁型回転電機特性を安定して高水準に維持すること
ができる。すなわち、従来の回転電機の着磁において発
生し易い界磁用磁石の着磁むらの発生を抑制でき、回転
電機としての特性を安定に向上できる。ここで、回転子
単独の状態とは地球磁場以外に実質的にその回転子に外
部磁場が印加されていない状態、すなわちその回転子近
傍に磁性体が存在していない状態をいう。

【０００９】また、本発明は、複数の固定子磁極とこの
固定子磁極に回転磁界を発生する巻線とを有した固定子
と、回転軸とこの回転軸に設けられて前記固定子磁極に
対向して回転するとともに回転子コア内部にＲ−Ｆｅ−
Ｂ磁石（ＲはＹを含めたＮｄ，Ｄｙ等の希土類元素の１
種または２種以上）とそのＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石の端部に空
間を有した内部磁石型回転子と、前記固定子磁極に対向
する前記回転子の磁極位置を検出してその位置に応じて
前記巻線に電流を供給する制御回路とを有し、前記回転
子単独の状態におけるＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石のパーミアンス
係数（Ｐｃｍ）と残留磁束密度（Ｂｒ：ｋＧ）とが、
（Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／７ の関係を満たすことを特徴
とする永久磁石界磁型回転電機である。本発明によれ
ば、従来構成の固定子の制限された回転磁界強度でもっ
て本発明の回転電機の界磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石の着磁率
を、従来構成の回転電機に組み込まれた界磁用Ｒ−Ｆｅ
−Ｂ磁石の着磁率よりも良好にすることができ、実用性
に富むものである。

【００１０】また、本発明は、回転子コア内部に焼結磁
石を有した内部磁石型回転子を備えた永久磁石界磁型回
転電機であって、前記焼結磁石の表面に未加工の黒皮部
分を有するとともに、その黒皮部分が前記回転子コア内
部に設けられた空間に対向配置されることを特徴とする
永久磁石界磁型回転電機である。本発明により、寸法精
度に劣る焼結磁石の未加工黒皮部分の寸法ばらつきを回
転子コア内の回転軸長手方向に設けた空間部で吸収する
ことができるので焼結磁石の加工が簡略化でき、回転電
機の高性能を保持したコストダウンが可能である。ここ
で、この空間部は焼結磁石の磁化方向側には設けないこ
とが回転電機の高特性を維持するために好ましい。した
がって、黒皮を有した部分は焼結磁石の磁化方向側以外
の部分にあることが好ましい。

【００１１】本発明の回転電機に組み込まれる内部磁石
型回転子を構成する回転子コアは、珪素鋼、磁性ステン
レス鋼、軟鉄、パーマロイ、非晶質軟磁性合金、ナノ結
晶粒軟磁性合金のいずれか１種または２種以上を用いて
形成することが好ましい。回転子コアは厚さ０．０５〜
１ｍｍの薄板を回転軸の長手方向に積層して形成するこ
とが耐渦電流損の点から好ましい。

【００１２】また、内部磁石型回転子におけるＲ−Ｆｅ
−Ｂ磁石と回転子コアの外周面との間の回転子コアの最
小厚みを０．５〜５ｍｍとすることが好ましい。この厚
みが０．５ｍｍ未満であると上記回転子単独状態におけ
る関係式を満足するように構成することが困難となりＲ
−Ｆｅ−Ｂ磁石の局部に着磁不良部分を発生し易くなる
ので着磁率が顕著に低下し、５ｍｍを超えると着磁され
たＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石から発した磁束がその最小厚みの回
転子コア部分で短絡して鎖交磁束量が減少し、いずれも
好ましくない。

【００１３】また、本発明は、複数の固定子磁極とこの
固定子磁極に回転磁界を発生する巻線を有した固定子
と、回転軸とこの回転軸に設けられて前記固定子磁極に
対向して回転するとともに回転子コア内部にＲ−Ｆｅ−
Ｂ磁石（ＲはＹを含めたＮｄ，Ｄｙ等の希土類元素の１
種または２種以上）を有した内部磁石型回転子と、前記
固定子磁極に対向する前記回転子の磁極位置を検出して
その位置に応じて前記巻線に電流を供給する制御回路と
を有した永久磁石界磁型回転電機の製造方法において、
前記回転子単独状態におけるＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石のパーミ
アンス係数（Ｐｃｍ）と残留磁束密度（Ｂｒ：ｋＧ）と
が、 （Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／７ の関係を満足するよ
うに前記回転子を構成した後、その回転子をエアギャッ
プを介して前記固定子に対向配置して永久磁石界磁型回
転電機を構成し、その後前記巻線に通電することにより
発生する磁界で前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石を着磁することを
特徴とする永久磁石界磁型回転電機の製造方法である。
本発明によれば、従来構成の固定子の発生する回転磁界
で界磁用のＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石にほぼ１００％の着磁率を
付与できるとともに、着磁された界磁用磁石を単体ある
いは部品として回転電機に組み込む従来の回転電機の製
造方法に比べて組立工数が削減できかつ安全である。さ
らに、回転バランスをとるために回転子の一部を削る必
要を生じた場合に削られた切り粉や削り屑が磁石回転子
の周囲に磁気吸着する不具合を避けることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳説する。回転電
機の界磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石における着磁の困難さにつ
いて本発明者らが検討し、得た知見は下記の通りであ
る。図８に、磁石特性の異なる同一形状の３つのＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ磁石（日立金属（株）製の異方法焼結磁石）：
イ、ロ、ハを用いて着磁率を評価した結果を示した。着
磁率は、（着磁率）＝（着磁された永久磁石が発生する
磁束量）÷（その永久磁石の最大磁束密度が飽和する状
態にフル着磁された場合に発生する磁束量）×１００
（％）で定義される値である。図８の横軸は空芯型のソ
レノイドコイルによる磁石単体着磁における着磁磁界強
度をとっている。図８において、ハ、ロ、イの順で右側
のものほど固有保磁力（ｉＨｃ）が小さく、残留磁束密
度（Ｂｒ）が大きいＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石となっている。
各磁石単体でのパーミアンス係数（Ｐｃ）は１に設定し
てある。パーミアンス係数（Ｐｃ）は、永久磁石が発生
する磁界方向と逆方向の磁界強度を−Ｈ、その−Ｈが永
久磁石に印加された場合に永久磁石内部に発生する磁束
密度をＢとすると、Ｐｃ＝Ｂ／Ｈで定義される。その磁
界強度−Ｈは、外部から電流などで加えられる磁界のみ
ならず、磁石内部で発生するいわゆる反磁界も含めた値
である。図８から、イ、ロ、ハの磁石特性の差によって
磁石単体で着磁した場合の着磁特性が異なることがわか
る。

【００１５】従来、このイ、ロ、ハの差は、固有保磁力
（ｉＨｃ）の差によるものと考えられていたが、実際は
異なることがわかった。以下、その得られた知見につい
て説明する。上記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石イ、ロ、ハの単体
着磁特性の差について反磁界を考慮すると、この差は各
磁石内部での有効な着磁磁界の大きさの差に起因するこ
とが後述の通りわかった。永久磁石は磁化されると内部
で反磁界を形成する性質があり、例えば空芯型のソレノ
イドコイルによる磁石単体の着磁では、この反磁界を外
部印加磁界から差し引いたものが永久磁石の着磁に利用
される有効な磁界の強さとなる。この磁石内部で着磁に
有効利用される磁界の強さを、本発明では有効磁界と呼
ぶことにする。有効磁界の強さは下記関係式で定義され
る。 （有効磁界の強さ）＝（外部印加磁界の強さ）−（反磁界の強さ） （１）

【００１６】反磁界の強さは、例えば図９の初期磁化曲
線から求めることができる。図９では上記Ｎｄ−Ｆｅ−
Ｂ磁石イ、ロ、ハを各々閉じた磁気回路中に挿入してパ
ーミアンス係数を大とし、着磁過程における反磁界の発
生を無視できる程度として初期磁化曲線を測定してい
る。横軸には印加磁界強度Ｈ（ｋＯｅ）、縦軸には磁化
の強さ：４πＩ（ｋＧ）をとっている。所定の磁気回路
内で任意のパーミアンス係数Ｐｃを持つ永久磁石を着磁
する場合の反磁界の強さは（２）式で与えられる。 （反磁界の強さ）＝（永久磁石の磁化の強さ）×｛１／（Ｐｃ＋１）｝ （２） （１）、（２）式から、 （有効磁界の強さ）＝（外部印加磁界の強さ）− （永久磁石の磁化の強さ）×｛１／（Ｐｃ＋１）｝（３） の関係が得られる。

【００１７】上記図８のデータを（３）式を用いて求め
た有効磁界の強さと着磁率との関係に再プロットしたの
が図１０である。図１０より、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石イ、
ロ、ハのいずれも有効磁界に対してほぼ一致した着磁率
を有しており、着磁率が約１００％となる有効磁界は常
温において約１５ｋＯｅであることがわかる。さらに、
本発明者らの検討によってこのように有効磁界が約１５
ｋＯｅ以上で着磁率がほぼ飽和することはＲ−Ｆｅ−Ｂ
磁石の共通の特性であることを確認した。実際に、図１
０の結果を検証するために上記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石イ、
ロ、ハを各々、Ｐｃ＞１０である磁気回路に組み込んで
反磁界の影響を排除した状態で着磁特性を測定すると、
ほぼ図１０と同様の着磁特性を得ることができた。上記
知見をまとめると次のようになる。 Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石の着磁率は有効磁界に対してほぼ一
定である。 永久磁石特性の差によって外部からの印加着磁磁界の
大きさに応じて誘起される反磁界の大きさが異なるた
め、磁石単体着磁等の低パーミアンス係数の着磁では見
掛け上（Ｂｒ）の小さい永久磁石の着磁特性が良好に見
える。これらの知見を基に、本発明者らはＲ−Ｆｅ−Ｂ
磁石の着磁を良好にする磁気回路について検討を行っ
た。（３）式を変形して、 （外部印加磁界の強さ）−（有効磁界の強さ）＝（永久磁石の磁化の強さ） ×｛１／（Ｐｃ＋１）｝ （４） となる。 （４）式の（有効磁界の強さ）はＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石では
１５ｋＯｅ以上必要であることは前述の通りである。ま
た、回転電機の回転磁界発生用巻線により界磁用Ｒ−Ｆ
ｅ−Ｂ磁石を着磁する場合において、発生できる着磁磁
界の強さは実用上常温（例えば２０℃）において２２ｋ
Ｏｅ程度が最大である。すなわち、（４）式の（外部印
加磁界の強さ）は２２ｋＯｅ以下である。これらを考慮
すると、（４）式から（５）式が導かれる。 ２２−１５＝７（ｋＯｅ）＝（Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石の磁化の強さ） ×｛１／（Ｐｃ＋１）｝ （５） （５）式の（Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石の磁化の強さ）は最大で
残留磁束密度Ｂｒになることがわかっているため、この
条件を入れて（５）式を変形することにより（６）式を
得る。 （Ｐｃ＋１）＞Ｂｒ（ｋＧ）／７（ｋＯｅ） （６） （６）式を満たす場合に、界磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石の磁
気特性を十分に引き出すことのできる良好な着磁がなさ
れる回転電機を実現できる。なお、回転電機の巻線を利
用した界磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石の着磁の際には、スロッ
トの断面積を確保するために巻線を施している歯部の断
面積自体が小さな値となっている。このため、着磁に際
して巻線に流れる電流によって誘起される磁束により歯
部が飽和状態となるので、界磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石のパ
ーミアンス係数を計算する場合は歯部の磁性体は考慮に
入れず、そのＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石が設置してある回転子コ
ア単独で計算することが必要である。

【００１８】次に、本発明を実施例を交えて説明する。
図１は本発明の回転電機の一態様を示す要部断面図であ
る。図１において、図１４と同一構成部分には同一の符
号を付している。図１の永久磁石界磁型回転電機１０は
電動機として構成した一例であり、内部磁石型回転子５
０と固定子１０４とを有している。内部磁石型回転子５
０は回転軸５（例えばＳＵＳ３０４製）のまわりに軟磁
性の回転子コア２を配置し、さらに回転子コア２の内部
に図示の磁極を有した板状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１（例
えば、日立金属（株）製の異方性焼結磁石；ＨＳ−３５
ＣＨで横２０ｍｍ×縦４ｍｍ×軸方向５０ｍｍの長方形
板状のもの。）が略四角形状に４個埋設されて、内部磁
石型回転子５０の外周面回転方向に等間隔に対称４極が
形成可能に構成されている。また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石
１の両端部には略三角形状の空間３が形成されていて、
点線で模式的に示される隣接磁極間の短絡磁束Фｓを抑
えられるとともに、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１の端面１ａが
未加工部分である黒皮仕様のものであって寸法がばらつ
いたものでも空間３でその端面１ａの寸法ばらつきを吸
収できるようになっている。したがって、Ｎｄ−Ｆｅ−
Ｂ磁石１の磁極面である１ｂ両面を平面研削する等の簡
略な機械加工のみでＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１の最終形状に
仕上げられるのでコスト低減に有利であり、かつ下記関
係式のように回転子５０を構成している。回転子コア２
内で空間３はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１の固設状況に応じて
軸方向に必要分が形成されて、その形状寸法は黒皮部分
１ａの寸法ばらつき程度および内部磁石型回転子５０の
磁気回路の拘束条件から適宜設定される。なお、黒皮を
有した焼結磁石としては公知のものを用いることがで
き、端面１ａに軽度の加工を施して部分的に黒皮が残る
ようにしたものを用いても良い。この回転子５０単独状
態でのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１のパーミアンス係数（Ｐｃ
ｍ）と残留磁束密度（Ｂｒ：ｋＧ）との関係は、 （Ｐ
ｃｍ＋１）＝Ｂｒ／３．５ であり、回転電機１０とし
て良好な特性を示した。さらに、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１
と回転子コア２の外周面との間の最小厚み部の厚みｔ１
は０．５〜５ｍｍとしている。この構成下で、Ｎｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ磁石１の着磁面（磁極面）１ｂとエアギャップ４
との間に回転子コア２が存在するので、上記従来の回転
電機２００においてスロット部１０８と歯部１０９とで
生じる着磁磁界強度のむらが抑えられて軟磁性の回転子
コア２内部で平準化され、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１の着磁
特性が向上する。しかし、ｔ１寸法が０．５ｍｍ未満で
は、 （Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／７ を満足できなかっ
た。また、ｔ１寸法が５ｍｍを越えると着磁後のＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ磁石１から発生する磁束が回転子コア２のｔ１
部を通って回転子コア２の内部で容易に短絡してしま
い、固定子１０４に導かれる有効な鎖交磁束量が極端に
減少するので、回転電機の特性向上が難しい。

【００１９】図１の固定子１０４側には三相スター結線
した巻線：（Ｕ相１１５、Ｖ相１１６、Ｗ相１１７）が
設けてあり、これらの巻線によって回転磁界を発生せし
め、その回転磁界に同期させて下記本発明の着磁方法で
良好に着磁されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１を有した内部磁
石型回転子５０が回転するようになっている。この回転
子５０の直径は約５０ｍｍ，回転軸５の軸方向長さは約
８０ｍｍにしてある。また回転子コア２と固定子コア１
１０は３．５％珪素鋼板を用いて形成してある。回転子
コア２と固定子コア１１０とを上記珪素鋼板の薄板（例
えば厚み０．４５ｍｍのもの）で積層して形成すると耐
渦電流損の点から好ましい。

【００２０】図２は、上記Ｕ，Ｖ，Ｗ相各巻線と、着磁
用電源として使用するコンデンサとの結線構成の一例を
示す模式図である。図２ではコンデンサ２１を１個とし
て模式的に表わしているが、上記回転電機１０では実際
には多数のコンデンサ群を直列および／または並列に接
続し、所定の耐電圧とキャパシタンスとを得ている。

【００２１】図１の回転電機１０において、未着磁状態
の界磁用Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１に実用に供し得るに十分
な所定の磁力を付与して図示するような４極構成の回転
子５０とするための本発明の着磁方法について以下に説
明する。 （実施例）図２のコンデンサ２１のキャパシタンスを２
５００μＦに固定し、このコンデンサ２に所定の電圧を
印加し、十分時間が経った後にスイッチＳを閉じて図１
の巻線（Ｕ相およびＶ相）に約４ｍｓｅｃの半値幅電流
を流し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１を着磁した。このＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ磁石１として上記図８〜図１０のＮｄ−Ｆｅ−
Ｂ磁石イ、ロ、ハと各々同一の材質、磁石特性を有した
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石イ、ロ、ハを用いて着磁している。
前記巻線に流れる電流は印加電圧により異なり、ピーク
値で約２００〜６００Ａである。この着磁における回転
電機１０のコンデンサ充電電圧に対するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ
磁石１としてのイ、ロ、ハとの着磁率の関係を図３に示
した。図３より、コンデンサ充電電圧が２５００Ｖ以上
で本発明における界磁用Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石イ、ロ、ハ
が十分な着磁率を有していることがわかった。また、図
３において、イは（Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／３．８であ
り、ロは（Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／３．５であり、ハは
（Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／３．２５の関係にある。

【００２２】（比較例）比較例として上記図１２の回転
電機２００において、表面磁石型回転子１０５に配置さ
れたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１０３（日立金属（株）製のＨ
Ｓ−３５ＣＨ）の着磁率を評価した結果を図４に示し
た。図４より、このＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１０３の着磁率
は初期電圧２５００（Ｖ）でも十分とは言えず、実施例
のイ、ロ、ハのものに比べて着磁性が非常に悪く、（Ｐ
ｃｍ＋１）＞Ｂｒ／７ の関係を満たしていない。この
着磁性の悪さの要因として、以下の２つがあげられる。 １）回転電機２００の巻線にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１０３
を着磁するためのできるだけ多くの電流を流すと、回転
電機２００の巻線が施されている鉄芯の歯部１０９が飽
和状態となり、歯部１０９とエアギャップ１０６を隔て
て対向しているＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１０３部分のパーミ
アンス係数を上げるための鉄芯としての役割を十分果た
すことができなくなる。 ２）歯部１０９にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１０３を着磁する
ための磁束が集中し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石１０３のうち
歯部１０９に対向している部分が選択的に着磁され、均
一に着磁されない。これらの不具合要因を踏まえて、上
記の通り本発明ではＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石を回転子コア内部
に配置した特長ある内部磁石型の回転子構成としたの
で、従来の着磁不具合を避けることができる。

【００２３】本発明では平板状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石を
回転子コア内部に配置した内部磁石型回転子の構成に限
定されず、図５に示した弧状の界磁磁石７１を配置した
内部磁石型回転子７０、図６に示したブロック状の界磁
磁石８１を同磁極反発型に配置した内部磁石型回転子８
０、図７に示した逆弧状の界磁磁石９１を用いた内部磁
石型回転子９０の構成等、用途に応じて自在に採用可能
である。さらに、図５〜図７において点線で示される略
三角形の空間７４，８４，９４を各界磁磁石の磁極面以
外に対向させて配設するとともに、各界磁磁石を端面７
１ａ，８１ａ，９１ａが黒皮面または部分的に黒皮面で
ある異方性焼結磁石としても良い。この場合、各焼結磁
石７１，８１，９１における磁極面７１ｂ，８１ｂ，９
１ｂは所定の寸法公差内に加工されているので加工コス
トの低減とともに回転電機特性を全面加工した異方性焼
結磁石を用いた場合と略同等に維持可能である。

【００２４】上記態様では永久磁石を内包した回転子を
固定子の内側に対向配置したインナーロータ型の回転電
機の例を示したがアウターロータ型にも適用可能である
ことは勿論である。また、本発明は発電機にも適用可能
である。さらに、具体的に例示すると、（ａ）永久磁石
が固定子に配置されており、かつ、回転子が固定子の内
側に配置されている構成、（ｂ）永久磁石が固定子に配
置されており、かつ、回転子が固定子の外側に配置され
ている構成、（ｃ）永久磁石が回転子に配置されてお
り、かつ、回転子が固定子の外側に配置されている構
成、（ｄ）永久磁石が回転子に配置されており、かつ、
固定子と回転子が軸方向に対向する構成、（ｅ）永久磁
石が固定子に配置されており、かつ、固定子と回転子が
軸方向に対向する構成、等にも広く本発明を適用可能で
ある。

【００２５】上記態様では、界磁用永久磁石としてＮｄ
−Ｆｅ−Ｂ系の異方性焼結磁石を用いた回転電機の構成
および製造方法を記載したが、本発明は公知のＲ−Ｆｅ
−Ｂ磁石であって従来の回転電機に組み込まれた状態で
その固有の高い磁石特性までのフル着磁が難しい材質に
適用可能である。本発明を適用可能なＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石
を例示すると、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系であれば良いが、望まし
くはＲ−Ｆｅ−（Ｃｏ）−Ｂ−Ｍ系が良く、ＲはＹを含
む希土類元素のうちの１種または２種以上を２５〜３５
重量％、Ｂは０．８〜１．２重量％、ＭはＡｌ、Ｎｂ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、
Ｓｎのうちの１種または２種以上を５重量％以下、残部
が不可避な混合物を除きＦｅまたはＦｅとＣｏからな
る。合金系として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ａｌ−Ｎｂ、Ｎｄ
−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ａｌ−Ｎｂ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ａｌ
−Ｇａ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ａｌ−Ｇａ、Ｎｄ−Ｄ
ｙ−Ｆｅ−Ｂ−Ａｌ−Ｎｂ、Ｎｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ−
Ｂ−Ａｌ−Ｎｂ、Ｎｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｂ−Ａｌ−Ｇａ、
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｄｙ−Ｃｏ−Ｂ−Ａｌ−Ｇａ等の異方性焼
結磁石、およびこれらの粉末の１種または２種以上を用
いたボンド磁石等が例示されるが、限定されるものでは
ない。

【００２６】上記態様では内部磁石型回転子の外周面回
転方向に等間隔で対称４極の磁極を形成した例を記載し
たが、磁極間隔が異なる非対称の磁極構成としても良
い。また、磁極数は限定されるものはないが、例えば２
〜１００極の構成が非常に有用である。

【００２７】

【発明の効果】以上記述の通り、本発明は下記の優れた
効果を奏し得る。 （１）Ｂｒが９ｋＧ以上の界磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石を配
置した回転電機において、従来構成の固定子巻線の形成
磁界を利用してそのＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石をほぼ均一かつ良
好に着磁できるように構成したので、そのＲ−Ｆｅ−Ｂ
磁石固有の磁石特性に非常に近い磁石特性レベルまで着
磁可能となり、回転電機としての特性ばらつきおよび耐
熱性の改善に大きく寄与する。 （２）永久磁石界磁型回転電機に未着磁状態で組み込ま
れた界磁用Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石をほぼ均一かつ安全に着磁
できるので高性能の回転電機を安定して製作できるとと
もに組み立て作業の安全性が確保される有用なものであ
る。 （３）回転電機特性を良好に維持しながら界磁用磁石と
して用いる焼結磁石の加工コストを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転電機の一態様を示す要部断面図で
ある。

【図２】図１の固定子側巻線および着磁用電源として使
用したコンデンサの結線の模式図を示している。

【図３】本発明におけるコンデンサ充電電圧と着磁率と
の関係を示す図である。

【図４】比較例におけるコンデンサ充電電圧と着磁率と
の関係を示す図である。

【図５】本発明に組み込まれる回転子の他の態様を示す
要部断面図である。

【図６】本発明に組み込まれる回転子のさらに他の態様
を示す要部断面図である。

【図７】本発明に組み込まれる回転子のさらに他の態様
を示す要部断面図である。

【図８】磁石単体着磁における着磁磁界の強さと着磁率
との関係を示す図である。

【図９】初期磁化曲線を説明する図である。

【図１０】有効磁界の強さと着磁率との関係を示す図で
ある。

【図１１】従来の回転子を示す斜視図である。

【図１２】従来の回転電機を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ 界磁用磁石、１ａ，７１ａ，８１ａ，９１ａ 端
面、１ｂ，７１ｂ，８１ｂ，９１ｂ 着磁対向面、２，
７２，８２，９２ 回転子コア（鉄芯）、３，７４，８
４，９４ 空間、４ エアギャップ、５，７３，８３，
９３ 回転軸、１０ 回転電機、２１ コンデンサ、５
０，７０，８０，９０ 回転子、７１ 弧状磁石、８１
ブロック磁石、９１ 断面Ｕ字形磁石、１０１ 回転
軸、１０２回転子コア、１０３ 界磁用磁石、１０４
固定子、１０５ 回転子、１０６エアギャップ、１０８
凹部、１０９，１０９Ｕ，１０９Ｖ，１０９Ｗ 歯、
１１０ 固定子コア、１１５ Ｕ相巻線、１１６ Ｖ相
巻線、１１７ Ｗ相巻線、２００ 回転電機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 崇 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式 会社磁性材料研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子コア内部にＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石（Ｒ
   はＹを含めたＮｄ，Ｄｙ等の希土類元素の１種または２
   種以上）を有した内部磁石型回転子を備えた永久磁石界
   磁型回転電機であって、 前記回転子単独の状態におけるＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石のパー
   ミアンス係数（Ｐｃｍ）と残留磁束密度（Ｂｒ：ｋＧ）
   とが、（Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／７ の関係を満たすこと
   を特徴とする永久磁石界磁型回転電機。
2. 【請求項２】 複数の固定子磁極とこの固定子磁極に回
   転磁界を発生する巻線とを有した固定子と、 回転軸とこの回転軸に設けられて前記固定子磁極に対向
   して回転するとともに回転子コア内部にＲ−Ｆｅ−Ｂ磁
   石（ＲはＹを含めたＮｄ，Ｄｙ等の希土類元素の１種ま
   たは２種以上）とそのＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石の端部に空間を
   有した内部磁石型回転子と、 前記固定子磁極に対向する前記回転子の磁極位置を検出
   してその位置に応じて前記巻線に電流を供給する制御回
   路とを有し、 前記回転子単独の状態におけるＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石のパー
   ミアンス係数（Ｐｃｍ）と残留磁束密度（Ｂｒ：ｋＧ）
   とが、 （Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／７ の関係を満たすこ
   とを特徴とする永久磁石界磁型回転電機。
3. 【請求項３】 回転子コア内部に焼結磁石を有した内部
   磁石型回転子を備えた永久磁石界磁型回転電機であっ
   て、 前記焼結磁石の表面に未加工の黒皮部分を有するととも
   に、その黒皮部分が前記回転子コア内部に設けられた空
   間に対向配置されることを特徴とする永久磁石界磁型回
   転電機。
4. 【請求項４】 前記回転子コアは珪素鋼、磁性ステンレ
   ス鋼、軟鉄、パーマロイ、非晶質軟磁性合金、ナノ結晶
   粒軟磁性合金のいずれか１種または２種以上を用いて形
   成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
   記載の永久磁石界磁型回転電機。
5. 【請求項５】 前記の界磁用磁石と回転子コアの外周面
   との間の回転子コアの最小厚みを０．５〜５ｍｍとした
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永
   久磁石界磁型回転電機。
6. 【請求項６】 複数の固定子磁極とこの固定子磁極に回
   転磁界を発生する巻線を有した固定子と、 回転軸とこの回転軸に設けられて前記固定子磁極に対向
   して回転するとともに回転子コア内部にＲ−Ｆｅ−Ｂ磁
   石（ＲはＹを含めたＮｄ，Ｄｙ等の希土類元素の１種ま
   たは２種以上）を有した内部磁石型回転子と、 前記固定子磁極に対向する前記回転子の磁極位置を検出
   してその位置に応じて前記巻線に電流を供給する制御回
   路とを有した永久磁石界磁型回転電機の製造方法におい
   て、 前記回転子単独状態におけるＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石のパーミ
   アンス係数（Ｐｃｍ）と残留磁束密度（Ｂｒ：ｋＧ）と
   が、（Ｐｃｍ＋１）＞Ｂｒ／７ の関係を満足するよう
   に前記回転子を構成した後、その回転子をエアギャップ
   を介して前記固定子に対向配置して永久磁石界磁型回転
   電機を構成し、その後前記巻線に通電することにより発
   生する磁界で前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石を着磁することを特
   徴とする永久磁石界磁型回転電機の製造方法。