JP2000245117A - ローター磁石 - Google Patents

ローター磁石

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JP2000245117A
JP2000245117A JP11363036A JP36303699A JP2000245117A JP 2000245117 A JP2000245117 A JP 2000245117A JP 11363036 A JP11363036 A JP 11363036A JP 36303699 A JP36303699 A JP 36303699A JP 2000245117 A JP2000245117 A JP 2000245117A
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JP
Japan
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rotor magnet
magnetic flux
permanent magnets
axial direction
poles
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JP11363036A
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English (en)
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Yoshifumi Nakamura
芳文 中村
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気特性に優れた小型のローター磁石の提
供。 【解決手段】 モータシャフト3に位置決め溝2をガイ
ドとして軸方向に多極着磁された複数のリング状永久磁
石1の同極同士を間隙tを有して対向させることによ
り、磁束線をラジアル方向に向かせるようにロータ磁石
を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モーター用のロー
ター磁石に関するものであり、永久磁石の軸方向に2極
以上の着磁が施され、同極同士に間隙を設けて対向磁場
を形成することにより、形状が小さくても表面磁束密度
の特性を著しく向上し、モーター等の小型化、高性能化
を実現できるものである。
【0002】
【従来の技術】モーター等に使用される永久磁石は、希
土類系永久磁石、ボンド磁石の材料等が用いられ、その
中でも異方性材料の磁化容易軸を径方向に配向させたラ
ジアル(放射状)配向又は、内外周を極異方に配向させ
た極異方配向の周方向が高磁気特性のリング状永久磁石
を用いている。そのリング状永久磁石の内周或いは、外
周に軟磁性ヨークからなる磁気回路を利用した着磁ヨー
クにて、2極以上の多極着磁を施したもので構成されて
いる。また、回転を滑らかにするために軸方向に対し斜
めに着磁をするスキュー着磁を施したもので構成されて
いるものもある。
【0003】このリング状永久磁石を単体或いは、複数
組み合わせて、軟磁性体のヨーク材等に固着し、さらに
モーターシャフト等と一体化させローター磁石としてモ
ーターに組み込んで回転させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
リング状永久磁石の内外径が小さい場合には、形状寸法
が制約されてしまいリング状永久磁石を成形する時、磁
場中成形時の磁性材コア内を経由しラジアル方向に磁気
回路を構成するが、磁性材コアの断面積が小さくなるほ
ど飽和し易くなり配向磁場が得られなくなる。すなわち
配向度が極端に低下したリング状永久磁石が得られ、表
面磁束密度の特性が充分得ることができないローター磁
石を使用していたという問題点があった。
【0005】そのため、磁場中成形を行わない安価では
あるが特性の低い等方性であるMQ粉(Nd−Fe−B)
をやむなく使用していた問題もあった。同様に極異方配
向の場合にも、内外径が小さい場合に極異方配向に必要
な配向磁場が得られなくなり表面磁束密度の特性が充分
得ることができないローター磁石を使用していたと言う
問題点があった。
【0006】また、上記のラジアル配向或いは極異方配
向の製法は磁気回路を構成させ制作するのに非常に困難
であり複雑になり工業的に優れているとは言えなかっ
た。また、上記とは別に表面磁束密度の低いものを必要
とするモーター設計の場合、従来においては希土類磁石
の材料の混合比を低下させたり、着磁磁場を低くして着
磁を行うため表面磁束密度のバラツキの原因となり問題
点であった。
【0007】更に、モーターの回転を滑らかにするため
ローター磁石とステーター間の磁束密度の変化割合を緩
和するためスキュー着磁を行うが、着磁ヨークの加工が
非常に難しく、電流を流すための銅線巻きも複雑にな
り、かつ高価なため工業的に優れているとは言えなかっ
た。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明は、磁気回路のシミュレーションと実験を
繰り返した結果、容易に作製でき高い特性の得ることが
出来る軸方向の配向を施した永久磁石を用いて、少なく
とも一方の永久磁石の軸方向に2極以上の多極着磁が施
されている永久磁石を対向するように構成した。その構
成により、周方向に高い表面磁束密度が得られ、小型で
高い特性のローター磁石が容易に作製できることを発明
するに至った。
【0009】本発明は、軸方向に多極着磁された永久磁
石を有することを特徴とするロータ磁石であり、軸方向
に多極着磁された一対の永久磁石の同極同士を間隙を有
して対向するように同一軸上に配置し、ラジアル方向で
且つ多極に磁束を形成することを特徴としている。ま
た、他の形態として、軸方向に多極着磁された一対の永
久磁石の同極同士を間隙を有し周方向に回転させずらし
て同一軸上に配置したことを特徴としている。
【0010】更に本発明におけるロータ磁石を備えてな
るモータは、軸方向に多極着磁された複数の永久磁石の
同極同士を間隙を有して対向するように同一軸上に配置
したロータ磁石と、前記間隙のラジアル方向に磁束が向
いた位置にコイルを配置したことを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明は、軸方向に配向されたリ
ング状永久磁石の軸方向に2極以上の多極着磁を施し、
一対のリング状永久磁石の同極同士を間隙を有するよう
に対向させることによりラジアル方向に磁束線を向かせ
たローター磁石である。本発明のロータ磁石において、
永久磁石の軸方向を向いている磁束線は、一対の永久磁
石の間隙部分で反発し合いラジアル方向に向かう。ラジ
アル方向に向かった磁束線の延長線上にコイルを配置す
ることで、コイルに磁力を集中させることができる。本
発明のロータ磁石を用いることによりモーターを効率の
よいものとすることができる。
【0012】上記一対のリング状永久磁石の対向する間
隙はモーター設計に応じて適当な間隙を設けることが可
能であるが、外周或は内周に向いているラジアル方向の
磁束線は図3に示すように間隙が狭くなる程大きな表面
磁束密度を得ることができる。また、間隙の操作のみに
て目的の表面磁束密度を得ることができ、各々の極が飽
和着磁された対向磁場によるもののため、バラツキが少
ない表面磁束密度を得ることができる。
【0013】また、ラジアル配向または極異方配向は、
形状が小さくなると充分な配向が得られず磁気特性の低
いものになるが、本発明に使用する軸方向の配向を施し
た永久磁石は形状依存性が少ないため、多くの磁束線が
得られ、その磁束線がラジアル方向にむくために表面磁
束密度の特性は高くなりより効果的である。さらに、リ
ング状永久磁石を固着する材質を外周或は内周のラジア
ル方向に磁束線が多く流れるように磁気回路を構成させ
る軟磁性体或は強磁性体を用いるとなお好ましい。例え
ば、ロータ磁石のバックヨークとして磁性体を配置した
り、コイルの背面に磁性体を配置することで、磁束を強
めたりコイルに集中せることができる。
【0014】また、一対のリング状永久磁石を異極同士
が対向しない範囲で周方向に回転させ適当な角度におい
てずらすことにより、N極からS極或はS極からN極への変
化の割合いが緩和され、スキュー着磁と同様の効果が得
られ、その角度もモーター設計に応じて容易に変化させ
ることが可能である。上記のように構成されたローター
磁石は高い特性の得ることのできる軸方向に配向をした
一対のリング状永久磁石を、同極同士対向させることに
よりラジアル方向の表面磁束密度が高くなるため、従来
より小型で特性の高いローター磁石が容易に作製でき、
多種多様のモーター設計に適したローター磁石の作製も
容易である。
【0015】
【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて詳細
に説明する。 (実施例1)Nd−Fe系異方性ボンド磁石形状がφ5
×φ3×2.3である軸方向に配向したリング状永久磁石
1の軸方向に図2に示すように10極の着磁をした。この
ときの着磁は、その磁石の軸方向に着磁ヨークを挟み込
み3.5Tのパルス着磁磁場を印加した。図1の、位置決め
溝2を利用してモーターシャフト3に3個の軸方向に多
極着磁されたリング状永久磁石1を同極同士0.3mmの
間隙を設けて接着固定した。上記の様に作製したロータ
ー磁石5を回転させて、リング状永久磁石1の外周から
0.1mm離れた磁石同士の間隙部分の測定箇所図1の点aに
示す箇所において、表面磁束密度の測定を行った結果を
図3に示す。
【0016】本実施例と比較のために、従来の方法Nd
−Fe系等方性ボンド磁石形状がφ5×φ3×7である
円筒状永久磁石4の外周に図8に示すように10極の着磁
をした。このときの着磁は3.5Tのパルス着磁磁場を印加
した。図7に示すように、モーターシャフト3に周方向
に多極着磁された円筒状永久磁石4を固定し、円筒状永
久磁石4の外周から0.1mm離れた測定箇所図7の点cに
おいて、ローター磁石6を回転させて表面磁束密度を測
定した。その結果を図9に示す。
【0017】本発明の図3の着磁波形は従来の図9の着
磁波形よりも台形波形に形成されておりモーターのトル
ク向上につながることは言うまでもない。さらに、表面
磁束密度も明らかに高くなっていることが示された。 (実施例2)実施例1の3個のリング状永久磁石1を図
1の間隙tに示す同極同士の間隙を0.1〜1mmに変化さ
せて、図1の点aにしめすリング状永久磁石1の外周か
ら0.1mm離れた磁石同士の間隙部分の測定箇所にてロ
ーター磁石5を回転させたときの10極の平均値の結果を
図4に示す。図4より磁石の間隙を小さくすると表面磁
束密度が増加することが分かる。
【0018】また、従来の表面磁束密度を示した図9よ
りも高くなる間隙は0.5mm以下にするだけで容易に目的
にあった表面磁束密度を得ることができる。 (実施例3)実施例1の3個のリング状永久磁石1を図
5に示すように同極同士間隙を有して対向している面を
それぞれ周方向に6°回転させ、図5の点bに示すリン
グ状永久磁石1の外周から0.1mm離れた磁石同士の間隙
部分の測定箇所にてローター磁石5を回転させた時の表
面磁束密度の結果を図6に示す。図6よりN極からS極又
はS極からN極の変化の割合いが緩和されていることが解
り、ゴギングの少ないモーターが形成されることは言う
までもない。
【0019】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。容易に
作製でき、磁気特性の高い軸方向に配向されたリング状
永久磁石を使用し、その磁石の軸方向に多極着磁を施
し、その一対のリング状永久磁石の同極同士を対向さ
せ、ラジアル方向に磁束線を向かせることにより、高い
表面磁束密度でしかも小型のローター磁石を作製するこ
とができる。
【0020】そして、着磁波形が台形波形を形成するた
め、トルクが向上されしかも小型のモーターを作製する
ことができる。さらに、同極同士対向させた面を適度に
回転させることにより、スキュー着磁と同様なモーター
の振動や騒音を低減することが容易にできる。また、本
発明は実施例として異方性Nd−Fe系永久磁石材料につ
いて説明したが、SmCo系或はSm−Fe系希土類磁石な
ど、永久磁石であればどのようなものにも応用できるこ
とは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の着磁パターンとリング状永
久磁石を対向させて組み込んだローター磁石を示す図で
ある。
【図2】磁石の軸方向に着磁した着磁パターンを示す図
である。
【図3】図1の点aにおけるローター磁石を回転させた
ときの表面磁束密度の波形を示す図である。
【図4】図1の間隙tを変化させたときの表面磁束密度
との関係を示す図である。
【図5】本発明の実施例3において述べたスキュー着磁
に相当する構成として、リング状永久磁石の同極同士対
向させた面を回転させて組み込んだローター磁石を示す
図である。
【図6】図4の点bにおいてローター磁石を回転させた
ときの表面磁束密度の波形を示す図である。
【図7】従来の着磁パターンと円筒状永久磁石を組み込
んだローター磁石を示す図である。
【図8】磁石の周方向に着磁した着磁パターンを示す図
である。
【図9】図7の点cにおけるローター磁石を回転させた
ときの表面磁束密度の波形を示す図である。
【符号の説明】
1 リング状永久磁石 2 位置決め溝 3 シャフト 4 円筒状永久磁石 5、6 ロータ磁石

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向に多極着磁された永久磁石を有す
    ることを特徴とするロータ磁石。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のロータ磁石において、軸
    方向に多極着磁された一対の永久磁石の同極同士を間隙
    を有して対向するように同一軸上に配置し、ラジアル方
    向で且つ多極に磁束を形成することを特徴とするロータ
    磁石。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のロータ磁石において、軸
    方向に多極着磁された一対の永久磁石の同極同士を間隙
    を有し周方向に回転させずらして同一軸上に配置したこ
    とを特徴とするロータ磁石。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のロータ磁石において、軸
    方向に多極着磁された複数の永久磁石の同極同士を間隙
    を有して対向するように同一軸上に配置し、ラジアル方
    向で且つ多極に磁束を形成することを特徴とするロータ
    磁石。
  5. 【請求項5】 ロータ磁石を備えてなるモーターにおい
    て、請求項1乃至4いずれかに記載のロータ磁石を有す
    ることを特徴とするモーター。
  6. 【請求項6】 ロータ磁石を備えてなるモータにおい
    て、軸方向に多極着磁された複数の永久磁石の同極同士
    を間隙を有して対向するように同一軸上に配置したロー
    タ磁石と、前記間隙のラジアル方向に磁束が向いた位置
    にコイルを配置したことを特徴とするモータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1628381A1 (en) * 2003-05-29 2006-02-22 Hitachi, Ltd. Electric motor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1628381A1 (en) * 2003-05-29 2006-02-22 Hitachi, Ltd. Electric motor
US7518277B2 (en) 2003-05-29 2009-04-14 Hitachi, Ltd. Electric motor
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