JP4850439B2 - 埋め込み磁石型回転電機用永久磁石部材および回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、埋め込み永久磁石を用いた回転電機に用いられる永久磁石部材および回転電機に関する。

従来、例えば、鉄道車両や電気自動車等の駆動源として永久磁石電機が用いられている。永久磁石電機の一例として、例えば回転せぬよう固定されたステータ（固定子）側に複数のコイルが取り付けられると共に、駆動軸につながれてこれにトルクを与えるロータ（回転子）側に複数の永久磁石が取り付けられた永久磁石同期電機がある。

この場合、当該各コイルおよび永久磁石は対向するように配置される。これにより、コイルに３相交流電流等を供給した際にこれに生じる交番磁界と、永久磁石の静磁場とが相互作用し、回転子が交番磁場に同期して回転する。その際、固定子のコイル等が不連続であること等によって回転子にコギングトルクなる、トルクリップルが生じる。さらに、埋め込み永久磁石型回転電機では、固定子と回転子間のギャップ磁束密度が台形になるため、大きなトルクリップルが生じる。

また従来は、トルクリップルを減らすために固定子側のコイルおよびティースを斜めにスキューさせることが行われている。しかし、固定子側をスキューさせることはコストを大幅に増加させることになる。さらに、鉄道車両駆動用の大型電機では出力トルクも大きくなり、それにしたがって、コギングトルクも増大することになる。また、鉄道車両駆動用電機にあっては、メンテナンス時に台車に取り付けられた電機を庫内に搬送する際、台車を人力で運んだりする場合がある。この際に、コギングトルクが大きいため、作業に支障が出る場合がある。これらを解消するために低コストでコギングトルクを大幅に削減する方法が望まれているのが実態である。

また永久磁石埋め込み型回転機にあっては、通常、永久磁石部材を回転子の中に埋め込むことから、一体の直方体の磁石を挿入しており、コギングトルク低減には固定子（電機子：コイル）側をスキューさせていた。しかし、コスト増の関係により施工の困難さがあり、コギングトルクを充分に減らせることができなかった。その他、永久磁石式回転電機のコギングトルクを低減する技術が、特許文献１、特許文献２に開示されている。

特開２０００−３５０３９３号公報 特開２００３−１８７７５号公報

本発明は、埋め込み磁石型回転電機において、コストを増加させることなく、コギングトルクを低減することができる永久磁石部材を提供することを目的とする。

本発明の１の側面によると、埋め込み磁石型回転電機用の永久磁石部材であって、磁石部を含み、該磁石部が、回転電機に組み込まれた際に、該回転電機の回転軸に垂直な平面における該磁石部の断面の形状、および／または該断面の該回転軸に対する位置関係が連続的に変化している形状を有し、前記磁石部は、略直方体から角部を切り落とした形状をなし、該切り落とされた位置に、前記磁石部と磁気特性が異なり、前記切り落とされた角部の形状と同一の形状を有する補助部をさらに含み、前記補助部が、前記磁石部とは磁化方向が異なる磁石からなる永久磁石部材が提供される。また、本発明の他の側面によると、前記永久磁石部材を備える磁石埋め込み型回転電機が提供される。

従来の埋め込み永久磁石型の回転電機にあっては、永久磁石部材は、回転子の回転軸方向に同一の断面形状を有している。そのため、永久磁石と鉄芯部でのギャップ磁束密度の変化が大きくなりコギングトルクを増大させていた。

一方で、本発明によると、回転軸方向の磁石部断面の形状等を連続的に変化させ、磁気特性の異なる補助部をさらに用いることで、ギャップ磁束密度の急峻な部分を緩和することができる。さらに、磁化方向の異なる磁石からなる補助部を組み合わせることで、出力を大きく変えることなくコギングトルクを大幅に減らすことが可能となる。

以下に詳細に説明するように、本発明によると、埋め込み磁石型回転電機において、コギングトルクを軽減することができる。また、本発明によると、今までコスト増を引き起こしていた固定子側をスキューさせる場合よりも、安価に、磁石重量も軽減し、短期に施工できる。また、磁化方向の異なる磁石からなる補助部を用いることによって磁束を集中させ、最大磁束密度を向上させることが出来る。

以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施の形態は本発明を限定するものではない。

上記したように、本発明の１の側面によると、埋め込み磁石型回転電機用の永久磁石部材であって、磁石部を含み、該磁石部が、回転電機に組み込まれた際に、該回転電機の回転軸に垂直な平面における該磁石部の断面の形状、および／または該断面の該回転軸に対する位置関係が連続的に変化している形状を有する永久磁石部材が提供される。磁石部は、永久磁石部材を回転電機の回転子に組み込んだ際に、固定子側のコイルに生じる交番磁界と相互作用させるための静磁場を主に形成するためのものである。本発明によると、回転電機の回転軸に垂直な平面における磁石部の断面形状等を変化させることで、固定子に設けるコイルをスキューさせることなく、回転子と固定子の静的磁気バランスの変化を緩和させてコギングトルクを低減することができる。

特に、磁石部の断面の形状、および／または断面の回転軸に対する位置関係は、磁石の加工とコギングトルク軽減の観点から、連続的に変化していることが好ましい。連続的に変化させることにより、急峻なギャップ磁束の変化を緩和させることができ、急激な磁気変動による力の発生を穏やかにすることでコギングトルクを小さくすることが可能である。ここで、連続的に変化しているとは、回転電機の回転軸方向の一方の端から他方の端までの間において、磁石部の断面形状等が変化していない領域がないことをいう。また、磁石断面の回転軸に対する位置関係が変化しているとは、回転軸に対して、断面の位置が、径方向に変化してもよく、回転電機の回転方向に変化してもよく、それらの組み合わせでもよい。

なお、本発明に用いる磁石部は、特に限定されるものではなく、希土類、フェライト、アルニコ等の磁石を用いることができる。特に、エネルギー積の大きさから希土類（Ｎｄ，Ｓｍ系）焼結磁石を用いることが好ましい。また、本発明に用いる磁石部は、従来の永久磁石片と同様に、回転電機に組み込んだ際に、回転電機の径方向と実質的に平行な方向の磁化方向を有することが好ましい。

また、永久磁石部材および磁石部の形状は、永久磁石部材の中心を通り回転電機の径方向の軸に関して、回転対称とすることが好ましい。回転対称の場合、ギャップ部に対して磁石によって発生する磁束の変化が同一であるため、コギングトルクの変化が穏やかであるのに対して、回転対称でない場合は、磁束の変化量に差が出る場合がある。しかしながら、必ずしも回転対称にする必要はなく、例えば、以下に詳細に説明するように、磁石部を、スロープを有する形状や、スキューさせる形状にする場合にあっては、永久磁石部材の片側のみをこれらの形状にすることもでき、また、回転対称になっていない形状（例えばスロープとスキューを組み合わせることも可能）とすることも可能である。すなわち、以下に詳細に説明するように、前記磁石部の形状が、略直方体から、該略直方体の少なくとも１つの頂点を含む略三角錐および／または該略直方体の少なくとも１つの辺を含む略三角柱を少なくとも１つ切り落とした形状であることが好ましい。

［第一の参考となる形態（スロープ、補助部なし）］
具体的には、本発明の第一の参考となる形態にあっては、前記磁石部の形状が、略直方体から、該略直方体の少なくとも１つの頂点を含む略三角錐を少なくとも１つ切り落とした形状であることが好ましい。換言すると、前記磁石部の形状が、略直方体から、前記回転電機の回転軸と平行な辺の１つの少なくとも一部を含む略三角錐を切り落とした形状であるであることが好ましい。図１に、本発明の第一の参考となる形態にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。（ａ）は、切り落とす前の形状を、（ｂ）は、切り落とした後の形状を示す。すなわち、図１に示すように、当該参考となる形態にかかる永久磁石部材１０は、直方体の永久磁石部材から、回転対称となるように、２つの三角錐１１を切り落とした形状の磁石部１を有する。ここで、当該三角錐の１つは、回転電機に組み込まれた際に、回転電機の回転軸と平行な辺における２つの頂点Ａ１およびＢ１と、磁石部の磁化方向と略平行な頂点Ａ１を含む辺における頂点Ａ１以外の頂点Ｃ１と、回転電機の回転方向と略平行な頂点Ａ１を含む辺上の点Ｄ１とを４つの頂点とする三角錐である。なお、当該参考となる形態にあっては、上記頂点Ｂ１の代わりに、回転電機の回転軸と平行な頂点Ａ１を含む辺上の点を選ぶことができる。同様に、上記頂点Ｃ１の代わりに、磁石部の磁化方向と略平行な頂点Ａ１を含む辺上の点を選ぶことができる。

このように、磁石部の角部にスロープをつけるように、略直方体の少なくとも１つの頂点を含む三角錐を切り落とした形状とし、回転軸方向の磁石断面形状が連続的に変化している形状にすることで、回転子と固定子のギャップ磁束密度分布の急峻な場所を緩和することができ、これにより、回転子のコギングトルクを大幅に小さくすることが可能となる。すなわち、上記したように、従来の永久磁石型回転電機では、固定子と回転子間のギャップ磁束密度が台形になるため、大きなトルクリップルが生じていた。しかしながら、当該参考となる形態によると、回転子表面に発生する磁束分布を正弦波に近づけることが可能になり、コギングトルクを低減することができる。また、三角錐を切り落とした形状とすることで、後述するスキューさせる形状と同様に、回転子と固定子の静的磁気バランスをずらしてコギングトルクを低減することができる。

［第二の参考となる形態（スキュー、補助部なし）］
また、本発明の第二の参考となる形態にあっては、前記磁石部の形状が、略直方体から、該略直方体の少なくとも１つの辺を含む略三角柱を少なくとも１つ切り落とした形状であることが好ましい。換言すると、前記磁石部の形状が、略直方体から、前記回転電機の回転方向と略垂直な面の１つの少なくとも一部を含む略三角柱を切り落とした形状であることが好ましい。図２に、本発明の第二の参考となる形態にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。（ａ）は、切り落とす前の形状を、（ｂ）は、切り落とした後の形状を示す。すなわち、図２に示すように、当該参考となる形態にかかる永久磁石部材１０は、直方体の永久磁石部材から、回転対称となるように、２つの三角柱１２を切り落とした形状の磁石部１を有する。ここで、当該三角柱の１つは、回転電機に組み込まれた際に、回転電機の回転方向と略垂直な面の上の４つの頂点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２およびＤ２と、頂点Ａ２またはＤ２を通る他の辺の各々の上の点Ｅ２およびＦ２とを６つの頂点とする三角柱である。なお、当該参考となる形態にあっては、上記頂点Ｂ２の代わりに、回転電機の回転軸と平行な頂点Ａ２を含む辺上の点を選ぶことができる。同様に、上記頂点Ｃ２の代わりに、回転電機の回転軸と平行な頂点Ｄ２を含む辺上の点を選ぶことができる。当該参考となる形態にあっては、磁石の断面形状は同一であるが、磁石断面の位置が変化している。

このように、磁石の角部をスキューさせるように、略直方体の少なくとも１つの辺を含む略三角柱を切り落とした形状とし、回転軸方向の磁石断面の回転軸に対する位置関係が連続的に変化している形状にすることで、回転子と固定子の静的磁気バランスをずらすことができ、これにより、回転子のコギングトルクを大幅に小さくすることが可能となる。

また、本発明によると、コギングトルクを減少させると同時に、さらに出力トルクを向上させることができる。すなわち、本発明では、三角錐、三角柱を切り落とすことにより、コギングトルクを減少させることができ、該スキュー効果を維持したまま、補助磁石などの補助材を補うことにより、コギングトルクを減少して、さらに出力トルクも向上させることもできる。

ここで、略直方体は、最も広義に解釈されるべきものとし、略平行に対向する３組の面が観念できる形状をいうものとする。具体的には、略直方体は、直方体、立方体等の四角柱の他、断面がＤ型またはＣ型で柱状のものも含む。また、略直方体の辺または面に関して、回転電機の回転軸、径方向もしくは回転方向、または磁石部の磁化方向と、（略）平行または（略）垂直という場合、これは、略直方体の辺または面を特定するためのものであり、厳密に平行または垂直でない場合があることに留意すべきである。また、磁石部等の形状について、「切り落とす」という場合、これは、当該形状の製造方法を限定するためのものではなく、当該物の最終的な形状を特定するためにのみ用いられることに留意すべきである。例えば、略直方体から略三角錐を切り落とした形状は、必ずしも略直方体から略三角錐を切り落とすステップにより形成される必要はなく、最終的な形状が、概念的に、略直方体から略三角錐を切り落とすことで得られる形状であればよい。

磁石部をスキューさせる場合、スキューさせる角度θ（以下スキュー角θともいう）は以下のように定めることが好ましい。すなわち、スキュー角θが、スロット間の角度（スロットピッチ）の１／２になるように磁石に角度をつけることが良い。スキュー角度を大きくすればするほど、角度に比例してコギングトルクは小さくなる。その一方、回転電機としての出力は角度が大きくなるにつれて、小さくなり、出力は一般に１／２スロットで極小値をとるためである。したがって、例えば、スロット数が３０であれば、スキュー角θは、３６０度／３０スロット／２となり、最適なスキュー角θは６度となる。

ここで、スキュー角θは、永久磁石部材が回転子に組み込まれた際における、上記切り落としてなる面の、回転子の回転方向の位置の差の最も大きいものを角度で表したものをいい、回転対称となるようにスキューを設けた永久磁石部材にあっては、回転子の上面と下面の磁石断面中央部を結んだ線が相当する回転子の回転方向の角度をいう。具体的には、図２に示した参考となる形態にあっては、スキュー角θは、上記切り落としてなる面（Ｂ２Ｃ２Ｆ２Ｅ２）の、回転方向の位置の差の最も大きいものを角度で表したもの（Ｂ２Ｅ２の回転方向の大きさを角度で表したもの）をいう。

さらに具体的には、回転対称となるようにスキューを設けた永久磁石部材にあっては、以下のようにスキュー角を定めることができる。図３に、本発明にかかる永久磁石部材を組み込んだ回転子の模式的な平面図を示す。また、図４に、本発明にかかる永久磁石部材を組み込んだ回転子の模式的な斜視図を示す。なお、図３、４にあっては、説明の便宜のために、回転子２０の有するスロット２１およびスロット２１に挿入された永久磁石部材１０の１つのみを示す。図３、４に示すように、スキュー角θは、回転子を回転軸に平行な方向から見た場合に、磁石部の上面１０ａの中心Ａ３および下面１０ｂの中心Ｂ３の各々と回転子の回転軸Ｏとを結んだ線の角度とすることができる。

この場合、図３、４に示すように、回転子の回転軸Ｏと永久磁石部材の上面の中心Ａ３との距離をｒとすると、永久磁石部材の上面の中心Ａ３と下面の中心Ｂ３の、回転子の回転方向における距離は、２ｒｓｉｎ（θ／２）となる。そのときの磁石の角度φは、回転子の回転軸方向の長さをＬとすると次式で与えられる。
φ＝ｔａｎ^-1（２ｒ／Ｌ×ｓｉｎ（θ／２））
このように、上記切り落とす三角柱の形状を求めることができ、これに応じて、磁石部をスキューするように加工する。以上は、第二の参考となる形態を例にして、スキュー角について説明したが、これと同様に、第一の参考となる形態にかかる永久磁石部材の磁石部の形状（すなわち、切り落とす三角錐の回転方向の大きさ）を定めることができる。

また、本発明の他の参考となる形態によると、埋め込み磁石型回転電機用の永久磁石部材であって、磁石部と、該磁石部と磁気特性の異なる補助部とを含む永久磁石部材が提供される。ここで、補助部の形状は、前記切り落とされた形状であることが好ましい。また、補助部は、前記磁石部の前記切り落とされた位置に設けることが好ましい。すなわち、前記磁石部に、永久磁石部材全体の形状が元の磁石形状（すなわち略直方体）になるように、補助部を取り付けることが好ましい。このような磁石部と補助部とを含む永久磁石部材を、本発明にかかる回転電機に組み込むことができる。これにより、以下に詳細に説明するように、固定子側をスキューさせることなく、コギングトルクを低減することができ、さらに、永久磁石部材を組み込むためのスロットの形状を、当該永久磁石部材の形状に対応する形状（すなわち略直方体）にすればよいため、回転子の製造、および回転子への当該永久磁石部材の組み込みが容易になる。また、補助部を設けて全体の形状を略直方体にすることで、組み立て易さを確保することができ、さらに出力トルクも向上するものである。また、補助部に磁性材料を用いた場合、透磁率が高いため、磁気回路上の磁路を構成することが可能である。

なお、磁石部と磁気特性の異なる補助部は、磁性体および非磁性体のいずれでもよく、磁性体を用いる場合には、着磁していない磁石を用いてもよい。非磁性体からなる補助部（以下、スペーサともいう）を用いる場合、非磁性体の材質は、樹脂（エポキシ、ポリイミドシリコーン、塩化ビニル等）、ベークライト等または、アルミ、ＳＵＳ等からなる群から選択することができる。また、磁性体からなる補助部を用いる場合、磁性体の材質は、前記磁石部と同様とすることができる他、透磁率が高く鉄損が小さい材料（例えば、積層けい素鋼板等）を選択するとよい。また、本明細書にあっては、磁気特性には、磁束密度、保磁力等の他、磁化方向、磁性であるか否か、および着磁されているか否かが含まれるものとする。すなわち、磁化方向が異なる磁石からなる補助部、非磁性体からなる補助部や、着磁されていない磁性体からなる補助部も、磁石部と磁気特性の異なる補助部に含まれる。

［第三の参考となる形態（スキュー、非磁性体からなる補助部）］
図５に、本発明の第三の参考となる形態にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。（ａ）は、非磁性体からなる補助部を取り付ける前の磁石部を、（ｂ）は、磁石部に非磁性体からなる補助部を取り付けた後の永久磁石部材を示す。図５に示すように、当該参考となる形態にかかる永久磁石部材１０は、第二の参考となる形態と同様の形状の磁石部１を有する。さらに、当該参考となる形態にかかる永久磁石部材１０は、回転対称となるように、第二の参考となる形態において切り落とされた三角柱と同一の形状のスペーサ２を、第二の参考となる形態において切り落とされた位置と同一の位置に有する。なお、非磁性体からなる補助部を用いる場合、特に以下の点で好ましい。すなわち、非磁性体で構成した場合、磁石の磁力等で回転子に吸引する力が小さくなるため回転子に磁石を挿入する際、作業性がよくなる。また、樹脂製の補助部は加工がしやすく、鉄損がない。

［第一の実施の形態（スキュー、着磁磁石からなる補助部）］
図６に、本発明の第一の実施の形態にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。図６に示すように、当該実施の形態にかかる永久磁石部材１０は、第二の参考となる形態と同様の形状の磁石部１を有する。さらに、当該実施の形態にかかる永久磁石部材１０は、回転対称となるように、第二の参考となる形態において切り落とされた三角柱と同一の形状で、磁石部とは磁化方向が異なる磁石からなる補助部２を、第二の参考となる形態において切り落とされた位置と同一の位置に有する。ここで、図中、矢印で示すように、磁石部の磁化方向は、回転電機に組み込んだ際に、回転電機の径方向と実質的に平行な方向であり、補助部の磁化方向は、磁石部の磁化方向および回転電機の回転軸と垂直な方向であって、各補助部から磁石部へ向かう向きである。

図６に示すように、磁石の磁化方向が異なる磁石を接合させることによってもコギングトルクを低減することができる。これにより、永久磁石部材の端部における回転電機の径方向の磁束を低減し、磁束の変化を緩和することができる。また、上記したように、磁化方向の異なる磁石からなる補助部を用いることによって磁束を集中させ、最大磁束密度を向上させることが出来、これにより、出力を大きく変えることなくコギングトルクを大幅に減らすことが可能となる。なお、補助部の磁化方向は、磁石部の磁化方向と異なれば、特に限定されるものではないが、特にハルバック型の磁束を集中させる方向を有する磁化が、垂直および横方向の両者を持つ接合方法が好ましい。すなわち、磁石部の磁化方向を、回転電機に組み込んだ際に、回転電機の径方向と実質的に平行な方向であって、ギャップ側に向かう向きとし、補助部の磁化方向を、磁石部の磁化方向および回転電機の回転軸と垂直な方向であって、各補助部から磁石部へ向かう向きとすることができる。また、その逆に、磁石部の磁化方向を、回転電機に組み込んだ際に、回転電機の径方向と実質的に平行な方向であって、ギャップ側から離れる向きとし、補助部の磁化方向を、磁石部の磁化方向および回転電機の回転軸と垂直な方向であって、各補助部から磁石部から離れる向きとすることができる。なお、第一の実施の形態に示したように、上記の磁化方向または磁気特性が異なる磁石を用いる場合にあっても、本発明の第一の参考となる形態と同じように、回転軸方向の磁石部の断面形状等を連続的に変化させる磁石片を用いることができる。

［第四の参考となる形態（スキュー、非着磁磁石からなる補助部）］
また、上記したように、補助部に磁性体を用いる場合には、着磁していない磁石を用いてもよい。すなわち、図５に示した第三の参考となる形態にあっては、非磁性体からなる補助部を用いたものを示したが、非磁性体からなる補助部に代えて、未着磁の磁石からなる補助部を用いることもできる（第四の参考となる形態、図示せず）。このような永久磁石部材は、未着磁の所定の形状に切り落とされた磁石部に、未着磁の磁石からなる補助部を接合し、着磁したい領域（磁石部）のみにヨークをつけることで部分的に着磁することで製造することができる。また、着磁された所定の形状に切り落とされた磁石部に、未着磁の磁石からなる補助部を接合することでも、着磁部分および未着磁部分を有する永久磁石部材を製造することができる。このように、前記磁石部と前記補助部が一体物であり、前記補助部が着磁されていない態様、換言すると前記永久磁石部材のうち、前記補助部とする領域を着磁することなしに、前記磁石部とする領域のみを着磁することで磁石部が設ける態様にあっては、磁石部と補助部とで同一の材料を用いることができ、加工性が低下することや、温度上昇時に熱などの外乱によって、部材ごとの膨張係数の違いから接着層が破損することを防ぐことができる。

なお、磁石部および補助部の製造等にあっては、永久磁石の加工に用いられる任意の方法を用いることができ、具体的には、内外周研磨およびワイヤーカットもしくはウォータジェット等の加工方法により、所望の形状になるように加工することができる。また、上記したように、磁石部に補助部を接合させる際には、エポキシ、シリコーン等の耐熱性接着剤を接着面に塗布して接着させることができ、その他、機械的締結や樹脂および樹脂テープ等で固めてしまうことも可能である。

上記したように、本発明の他の側面によると、前記永久磁石部材を備える磁石埋め込み型回転電機が提供される。図７に、本発明にかかる磁石埋め込み型回転電機の概念的な斜視図を示す。すなわち、本発明にかかる磁石埋め込み型回転電機は、回転子２０と固定子（図示せず）とを含む。固定子には、回転磁界を形成するためのコイル３０を複数設ける。上記したように、本発明によると、コイル等をスキューさせる必要はないが、スキューさせてもよい。固定子は、従来と同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。回転子２０は、前記永久磁石部材を挿入するための複数のスロットを有する。図中、矢印で、永久磁石部材を挿入する方向を示す。なお、後述するように、永久磁石部材は、上記永久磁石部材の複数を回転軸方向に並べた形状とすることもできる。スロットの形状は、前記永久磁石部材に対応させる、すなわち、略直方体とすることができる。スロットの位置、数その他の回転子については、従来と同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。

以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施例は本発明を限定するものではない。

定格出力１４０ｋＷ、定格電流１０８Ａ、定格回転数２５５０ｒｐｍの鉄道車両駆動用電動機であって、本発明にかかる永久磁石部材を用いたもの（実施例）、および、直方体の永久磁石部材を用いたもの（比較例）のコギングトルクの変動を測定した。実験には、２極対の回転子で、磁石個数が８個の永久磁石埋め込み式インナー回転子電動機を用いた。また、実験には、信越化学社製のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石Ｎ３６ＵＨ（Ｂｒ１．１８Ｔ、保磁力ｉＨｃ２５０００ Ｏｅ）であって、長さ約２００×幅約７０×厚さ約２０ｍｍの直方体の永久磁石片を用いた。

［参考例１（スキュー、補助部なし）］
図８に、参考例１にかかる永久磁石部材の模式図を示す。図８は、磁石部の磁化方向が紙面に垂直となる方向から示したものである。参考例１にあっては、図８に示すように、永久磁石部材は、第二の参考となる形態に準じるスキューさせた形状とした。具体的な大きさは、図中に示した。

［参考例２（スロープ、補助部なし）］
図９（（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）正面図）に、参考例２にかかる永久磁石部材の模式図を示す。図９（ａ）は、磁石部の磁化方向が紙面に垂直となる方向から示したものである。参考例２にあっては、図９に示すように、永久磁石部材は、第一の実施の形態に準じるスロープを有する形状とした。具体的な大きさは、図中に示した。

［参考例３（スキュー、補助部なし）］
図１０に、参考例３にかかる永久磁石部材の模式図を示す。図１０は、磁石部の磁化方向が紙面に垂直となる方向から示したものである。参考例３にあっては、図１０に示すように、永久磁石部材は、第二の参考となる形態に準じるスキューさせた形状とした。ただし、切り落とされた形状（三角柱）の回転子の回転軸方向の長さを、永久磁石部材の回転子の回転軸方向の長さの半分とした。これにより、参考例３では、スキューを設けることで減少する磁石体積が、参考例１と比べて軽減する。なお、具体的な大きさは、図中に示した。

［参考例４（スキュー、非磁性体からなる補助部）］
図１１に、参考例４にかかる永久磁石部材の模式図を示す。図１１は、磁石部の磁化方向が紙面に垂直となる方向から示したものである。参考例４にあっては、図１１に示すように、永久磁石部材は、磁石部１と補助部２とからなるものとした。磁石部１は、直方体の永久磁石片から、回転対称となるように２つの三角柱を切り落としたものを、回転電動機の回転軸方向に２つ並べた形状とした。切り落とす三角柱の大きさは、図中に示した。補助部２は、切り落とされた形状に対応する形状を有し、非磁性体（ポリイミド樹脂）からなるものとした。

トルクの測定は、糸で錘をつるし、それを回転子につなげてロードセルで力を測ることにより行った。具体的には、回転軸に紐をつけ、その紐に滑車を介して錘を取り付けた。錘の自重で紐を引っ張りながら紐の中間に設置してあるロードセルに加わる力を測定することによって、コギングトルクを測定した。錘の重さは２０ｋｇとした。

図１２に、参考例１〜４および比較例におけるコギングトルク波形の測定の結果を示す。図１２から明らかなように、本発明によると、コギングトルクを低減することができた。

また、参考例１，４および比較例における定格時のモータトルク特性を以下のように測定した。すなわち、電動機を動力計に連結して、定格トルクが得られるように調整し、このときの動力計のトルク脈動分を測定した。なお、電流値は３２４Ａとした。図１３に、比較例、ならびに参考例１および４の定格時の出力トルク波形を示す。この結果から、本発明によると、コギングトルクが減少でき、さらに出力トルクを向上させることができることが示される。

［実施例５（スキュー、着磁磁石からなる補助部）］
また、実施例５にあっては、永久磁石部材は、第一の実施の形態に準じる形状とした（図６参照）。すなわち、第二の参考となる形態に準じるスキューさせた形状の磁石部１と、切り落とされた形状に対応する補助部２とを有する永久磁石部材を用いた。各補助部２として、横方向に着磁した磁石、すなわち、磁石部１の着磁方向と垂直で、回転子の回転軸方向と垂直な方向（図１１において、左右方向）であって、磁石部１に向かう向きに着磁した磁石（特性は、磁石部と同じ）を用いた。

［参考例６（スキュー、磁性体からなる補助部）］
図１４に、参考例６にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。参考例６にあっては、補助部２として珪素鋼板５０Ａ４７０を用いた以外は、実施例５と同様とした永久磁石部材を用いた。具体的な大きさは、図中に示した。

実施例５，参考例６について、上記参考例１〜４と同様に、コギングトルク波形を測定した。図１５に、実施例５，参考例６および比較例におけるコギングトルク波形の測定の結果を示す。また、実施例５，参考例６について、電流値を１０８Ａとした以外は上記参考例１，２と同様に、定格時のモータトルク特性を測定した。図１６に、実施例５，参考例６および比較例における定格時の出力トルク波形を示す。図１５に示すように、比較例と比べて、実施例５，参考例６ではコギングトルクがより低減されていることが分かる。また、図１６に示すように、実施例５と比べて、参考例６では、着磁された磁石の体積が減少するので、モータの出力トルクも減少する。一方で、比較例では、コギングトルクが大きくなるが、出力も最も大きくなる。これらに対して、実施例５では、コギングトルクを軽減させる効果を得ることができると同時に、出力トルクの減少を最小限にとどめることができる。すなわち、実施例５のように、補助部に着磁された磁石を用いることで、出力トルクを減少させることなしに、コギングトルクを低減させることができ、バランスのとれたモータを得ることができる。このように、実施例５，参考例６では、コギングトルクを小さくすることができ、特に実施例５では、さらに出力トルクの減少も少なく抑えることができるため、特に実用的である。なお、上記したように、補助部を非磁性材料や軟磁性材料等で構成することも考えられる。

本発明の第一の参考となる形態にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。（ａ）は、切り落とす前の形状を、（ｂ）は、切り落とした後の形状を示す。 本発明の第二の参考となる形態にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。（ａ）は、切り落とす前の形状を、（ｂ）は、切り落とした後の形状を示す。 本発明にかかる永久磁石部材を組み込んだ回転子の模式的な平面図を示す。 本発明にかかる永久磁石部材を組み込んだ回転子の模式的な斜視図を示す。 本発明の第三の参考となる形態にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。（ａ）は、非磁性体からなる補助部を取り付ける前の磁石部を、（ｂ）は、磁石部に非磁性体からなる補助部を取り付けた後の永久磁石部材を示す。 本発明の第一の実施の形態にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。 本発明にかかる磁石埋め込み型回転電機の概念的な斜視図を示す。 参考例１にかかる永久磁石部材の模式図を示す。 参考例２にかかる永久磁石部材の模式図を示す。 参考例３にかかる永久磁石部材の模式図を示す。 参考例４にかかる永久磁石部材の模式図を示す。 参考例１〜４および比較例におけるコギングトルク波形の測定の結果を示す。 参考例１，２および比較例における定格時の出力トルク波形を示す。 参考例６にかかる永久磁石部材の模式的な斜視図を示す。 実施例５，参考例６および比較例におけるコギングトルク波形の測定の結果を示す。 実施例５，参考例６および比較例における定格時の出力トルク波形を示す。

符号の説明

１：磁石部
２：補助部
１０：永久磁石部材
１０ａ：永久磁石部材上面
１０ｂ：永久磁石部材下面
１１：切り落とされる三角錐
１２：切り落とされる三角柱
２０：回転子
２１：スロット
３０：コイル

Claims (4)

1. 埋め込み磁石型回転電機用の永久磁石部材であって、磁石部を含み、該磁石部が、回転電機に組み込まれた際に、該回転電機の回転軸に垂直な平面における該磁石部の断面の形状、および／または該断面の該回転軸に対する位置関係が連続的に変化している形状を有し、前記磁石部は、略直方体から角部を切り落とした形状をなし、該切り落とされた位置に、前記磁石部と磁気特性が異なり、前記切り落とされた角部の形状と同一の形状を有する補助部をさらに含み、前記補助部が、前記磁石部とは磁化方向が異なる磁石からなる永久磁石部材。
2. 前記磁石部の形状が、略直方体から、該略直方体の少なくとも１つの辺を含む略三角柱を少なくとも１つ切り落とした形状である請求項１に記載の永久磁石部材。
3. 前記磁石部の形状が、略直方体から、該略直方体の少なくとも１つの頂点を含む略三角錐を少なくとも１つ切り落とした形状である請求項１に記載の永久磁石部材。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁石部材を備える磁石埋め込み型回転電機。

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