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公開番号2025049838
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-04
出願番号2023158293
出願日2023-09-22
発明の名称内包磁石型同期機およびその回転子
出願人マグネデザイン株式会社
代理人
主分類H02K 1/276 20220101AFI20250327BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】希土類異方性ボンド磁石を用いるモータのトルクの増加と製造工程の簡素化を図る。
【解決手段】内包磁石型の同期機の回転子1は、ステンレス磁石板10からなり回転中心軸の周囲に均等に配置された空隙からなる内包部を有する本体と内包部には希土類異方性ボンド磁石を充填する。回転子は、永久磁石Mの一端部から隣接する永久磁石の他端部まで延在する外周領域に未着磁のステンレス磁石板を改質した非磁性部を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ステンレス磁石からなり回転中心軸の周囲に軸対称的に配置された空隙からなる偶数個の内包部を有する回転子本体と、前記内包部に設けられた偶数個の永久磁石と、を備える内包磁石型同期機の回転子であって、
前記永久磁石の端部から前記回転子の本体の外周端に至る磁石端部域は非磁性部からなり、
前記永久磁石は、配向磁場が印可された前記内包部内で射出成型された希土類異方性ボンド磁石からなることを特徴とする内包磁石型同期機の回転子。
続きを表示（約 310 文字）【請求項２】
ステンレス磁石からなり回転中心軸の周囲に軸対称的に配置された空隙からなる偶数個の内包部を有する回転子本体と、前記内包部に設けられた偶数個の永久磁石と、を備える内包磁石型同期機の回転子であって、
前記永久磁石の一端部から前記回転子の本体の外周端に至る磁石端部域、前記永久磁石に隣接する他の前記永久磁石の他端部から前記回転子の本体の外周端に至る磁石端部域および前記磁石端部域を連結する連結領域よりなる磁石端部外周側領域は非磁性部からなり、
前記永久磁石は、配向磁場が印可された前記内包部内で射出成型された希土類異方性ボンド磁石からなることを特徴とする内包磁石型同期機の回転子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類ボンド磁石を内包した内包磁石型同期機およびその回転子に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
電動機（発電機を含めて単に「モータ」という。）には種々のタイプがある。最近では、インバータ制御の発達と高磁気特性の希土類磁石の普及に伴い、省電力で高効率であり高トルクまたは高出力が望める同期機が注目されている。
【０００３】
同期機は、界磁用の永久磁石を回転子（ロータ）に有し、電機子巻線（コイル）を固定子（ステータ）に有するモータであって、その電機子巻線に多相交流（ＡＣ）を供給することにより固定子に回転磁界が生じて回転するＡＣモータである。同期機は、永久磁石を回転子の表面に配設した表面磁石型モータ（ＳＰＭ）と、永久磁石を回転子の内部に埋め込んだ埋込磁石型モータ（ＩＰＭ）とに大別されるが、磁石の飛散防止を図れて信頼性が高いＩＰＭが現在の主流となりつつある。さらにＩＰＭモータの出力を増加させるために、回転数の増加が図られている。
現在永久磁石としてはＮｄ焼結磁石が主に使用されているが、高速回転化に伴い発熱問題が深刻となり、希土類ボンド磁石への変更が検討されている。
【０００４】
さらにＮｄ焼結磁石の問題点として、従来のＩＰＭは、所定の寸法に切削、研磨等され飽和着磁された焼結磁石をロータに設けたスロット（内包部）へ挿入して構成していた。ところが、着磁した強力な希土類焼結磁石をスロットに挿入する際に、その磁石に欠損等が生じやすい。
そこで特許文献１では、従来の焼結磁石から希土類磁石と樹脂からなる溶融ストランドをロータのスロットへ磁場中で射出充填し、冷却固化させる射出成形タイプの希土類ボンド磁石へ置換することを開示している。
以上の事情から、ＩＰＭモータの高速回転化と出力アップのために、Ｎｄ焼結磁石を変更した射出成形タイプの希土類ボンド磁石の採用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平１１－２０６０７５号公報
特許第４６２６６８３号公報
特開２０１３－１４３３７９１号公報
特許第６８６８１７４号公報
特許第７１２５６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
もっとも特許文献１は、単にＩＰＭの希土類焼結磁石を希土類ボンド磁石に置換することを提案している留まり、希土類ボンド磁石の磁場中射出成形に適したロータやスロットの構成等に関して何ら触れていない。
【０００７】
特許文献２では、鉄心であるロータの一部に非磁性部を設けることが従来から提案されている。これにより、漏れ磁束が低減され、モータ出力に寄与する有効磁束（鎖交磁束）が増加しうる。もっとも、このような非磁性部は、モータ運転時のロータとステータとの間に形成される磁気回路に着目して配設されているに過ぎず、後述するような希土類ボンド磁石の射出成型時の配向磁場とは関係ない。
【０００８】
特許文献３では、希土類ボンド磁石を構成する希土類異方性磁石粒子は、組成によらず、一般的に多用されているフェライト磁石粒子と比較して、磁束密度のみならず保磁力がはるかに高いため、射出成形時の配向にフェライト磁石粒子より高い配向磁場が必要である。従って高性能なＩＰＭを効率的に生産するためには、希土類異方性ボンド磁石の射出成形時に印加する配向磁場を、そのボンド磁石が収まるロータコアのスロットへ有効に作用させる方法が開示されている。
非磁性部の改質は合金元素を転嫁するレーザ溶接などで行なっているが、改質部は凹凸が激しいうえに形状も変化するので、表面研削や形状修正加工などの改質後の処理が複雑で実用的とは言えない。実際には、本件出願は審査請求されることなく放棄されている。当然ながら産業上は使用されていない。
しかし、希土類ボンド磁石はＮｄ焼結磁石に比べて磁石性能の点で落ちるのでモータトルクの点で低下しがちであり、トルクアップ方策が期待されている。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、回転子の本体素材を磁性材料からステンレス磁石に変更し、トルクの増加を図ると同時に、非磁性改質を簡素な工程で行なえるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、２０１９年にステンレス磁石の発明を開示した（特許文献４）。さらに、特許文献５に示すように、磁石式義歯アタッチメントのプレート部品を磁性材料からステンレス磁石に変更したところ吸着力が５０％も増加した経験を踏まえて、さらにステンレス磁石の比抵抗は、７２μΩｃｍと、ＩＰＭモータの磁性材料として用いられている３％珪素鋼板の３２μΩｃｍに比べて、2倍以上あることに着目して、ＩＰＭモータの回転子の磁性材料をステンレス磁石に変更することを検討した。
試行錯誤を重ねた結果、Ｎｉ系ステンレス鋼の組織を１００％のオーステナイト組織からマルテンサイト組織を８０％以上有する組織に変化させて半硬質磁性材料とし、かつ飽和着磁後の磁石性能は、室温において、１２，０００～１６，０００Ｇの飽和磁化と、８０～３００Ｏｅの保磁力と、残留磁気Ｂｒ６，０００～８，０００Ｇ、０．２～４ＭＧＯｅの最大エネルギー積を有するステンレス磁石を採用し、さらにロータコアの特定域を改質により非磁性とすることにより、回転子の本体素材を磁性材料で非磁性改質をしていないロータに比べてモータトルクを３０％以上増加できることを見出した。しかも、非磁性箇所はレーザや高周波による加熱法で９００℃以上に加熱することで、外周部の形状を変化させることなくオーステナイト相に回復して非磁性に改質されることを確認した。
（【００１１】以降は省略されています）

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