JP2002110417A

JP2002110417A - 異方性セグメント形状磁石及びこれを用いたモーター

Info

Publication number: JP2002110417A
Application number: JP2000298228A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nakatsuka; 哲中塚; Itsuro Tanaka; 逸郎田中
Original assignee: Toda Kogyo Corp
Current assignee: Toda Kogyo Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】モータートルクを低下させることなくコギ
ング現象を改善し得る異方性セグメント形状磁石を提供
する。【解決手段】長手方向に対し垂直方向の断面が円弧状
であり、外側面を非作用面１とし内側面を作用面２とす
るセグメント形状磁石において、前記垂直方向断面にお
ける磁性粉の磁化容易軸が、中央部では内側作用面２の
中央域に対して集束し、両端部では内側作用面２に対し
て発散していることを特徴とする異方性セグメント形状
磁石。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は異方性セグメント形
状磁石及び該磁石を用いたモーターに関し、更に詳しく
は、特にモーターの磁石ステーターやアウターローター
等に使用され、トルクを減少させることなくモーターの
コギング現象及びこれに起因する振動や騒音及び回転む
らを防止し得る異方性セグメント形状磁石及び該磁石を
用いたモーターに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の磁石としては、図９
（Ａ）に示すようなアキシャル配向型、図１０（Ａ）に
示すようなラジアル配向型のセグメント形状磁石が使用
されてきた。しかしながら、このような配向からなるセ
グメント形状磁石をステーターとして用いた場合、ロー
ターが回転してステーターが形成する磁界を横切るとき
に、その境界におけるギャップ磁束密度が大きく変化す
ることから、コギングと呼ばれる現象が生じ、微妙な振
動や騒音、更には回転むらの発生を招来する原因となっ
ていた。また、これらの磁石の長手方向は図９（Ｂ）、
図１０（Ｂ）に示すように、アキシャル配向型からなる
ため、これらの磁石の両端部の領域の表面磁界はロータ
ーの作用幅から外れるため有効に利用されず、従って、
トルクが小さいという問題を有していた。

【０００３】トルクが小さいという問題を改善するため
に、特許第３０１２０４９号公報には、図１１（Ｂ）に
示す如く、長手方向断面において、磁性粉の磁化容易軸
の配向方向を内側作用面の中央域に集束させ両端部の領
域の表面磁界の有効利用を図るとともに、図１１（Ａ）
に示す如く、長手方向に対し垂直方向断面における磁性
粉の磁化容易軸の集束角度をラジアル角度よりも大きく
した異方性セグメント型磁石が提案されている。しかし
ながら、この磁石ではコギングの改善は僅かであり、更
なる高速回転時の騒音、振動を引き起こすという問題を
含んでいる。

【０００４】そこで、コギングとトルクの両方を改善す
るために、特許第３０１２０５１号公報には、図１２に
示すように、磁性粉の磁化容易軸の配向方向を作用面側
に発散させ〔図１２（Ａ）〕、長手方向断面において、
内側作用面の中央域に集束させ〔図１２（Ｂ）〕、ステ
ーター磁界の境界におけるギャップ磁束密度の変化を緩
和した発散型磁石が提案されている。このような磁性粉
の配向にした場合、確かにギャップ磁束密度の回転方向
における変化量は小さくなりコギングが改善されるとと
もに、作用面における表面磁界の絶対値が大きくなるこ
とからトルクも向上するが、この場合にも更なる高速回
転時の騒音、振動の問題があり、必ずしも満足し得るも
のとは言い難い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる実情に
鑑み、上記問題を解消し、トルクを低下させることな
く、高速回転時の騒音、振動の指標となるコギングを防
止し得る異方性セグメント形状磁石及び該磁石を組み込
んだモーターを提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するべく鋭意研究の結果、長手方向に対し垂直方向
の断面における磁性粉の磁化容易軸を特定の配向パター
ンとすることにより、上記課題が解決されることを見出
し、本発明に到達するに至った。

【０００７】即ち、本発明の請求項１は、長手方向に対
し垂直方向の断面が円弧状であり、外側面を非作用面と
し内側面を作用面とするセグメント形状磁石において、
前記垂直方向断面における磁性粉の磁化容易軸が、中央
部では作用面の中央域に対して集束し、両端部では作用
面に対して発散していることを特徴とする異方性セグメ
ント形状磁石を内容とする。

【０００８】好ましい態様としての請求項２は、長手方
向断面における磁性粉の磁化容易軸が作用面の中央域に
対して集束している請求項１記載の異方性セグメント形
状磁石である。

【０００９】好ましい態様としての請求項３は、磁性粉
と合成樹脂とを主成分としてなる請求項１又は２記載の
異方性セグメント形状磁石である。

【００１０】好ましい態様としての請求項４は、ステー
ター又はアウターローターとして使用される請求項１〜
３のいずれか１項に記載の異方性セグメント形状磁石で
ある。

【００１１】上記異方性セグメント形状磁石を使用して
なるモーターである請求項５は、強磁性体ケース内に、
磁石ステーターと、シャフトを介して軟磁性ローターを
具備してなるモーターにおいて、前記磁石ステーターと
して請求項１〜４のいずれか１項に記載の異方性セグメ
ント形状磁石を用いたことを特徴とするモーターを内容
とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る異方性セグメント形
状磁石は、図１〜図３の各（Ａ）に示す如く、長手方向
に対し垂直方向の断面が円弧状であり、外周面１を非作
用面とし内周面２を作用面とするセグメント形状磁石に
おいて、前記垂直方向の断面における磁性粉の磁化容易
軸が、中央部では内側作用面２の中央域に対して集束
し、両端部では内側作用面２に対して発散していること
を特徴とする。

【００１３】一方、長手方向の断面における磁性粉の磁
化容易軸は、図１（Ｂ）に示す如く、外側非作用面１か
ら内側作用面２に対して均一（アキシャル）配向してい
るものでもよく、また、図２（Ｂ）に示す如く、外側非
作用面１から内側作用面２の中央域に対して集束配向し
ているものでもよく、更に、図３（Ｂ）に示す如く、外
側非作用面１及び両端部側面から内側作用面２の中央域
に対して側面集束配向しているものでもよい。コギング
の改善を主たる目的とする場合は、図１（Ｂ）の均一配
向しているものでよいが、トルクを低下させることなく
コギングの改善を主たる目的とする場合は、図２
（Ｂ）、図３（Ｂ）の集束配向しているものがよい。

【００１４】本発明の異方性セグメント形状磁石は、合
成樹脂磁石及び焼結磁石のいずれでもよい。合成樹脂磁
石及び焼結磁石における磁性粉としては、フエライト系
磁性粉、アルニコ系磁性粉及びサマリウム−コバルト系
磁性粉やネオジム−鉄−ボロン系磁性粉、サマリウム−
鉄−窒素系磁性粉等の希土類系磁性粉など、従来公知の
異方化磁性粉が使用できる。

【００１５】バインダーとしての合成樹脂についても、
従来公知のものいずれもが使用できる。その代表例を示
すと、ポリアミド６、ポリアミド１２、ポリアミド６６
などのポリアミド系合成樹脂；ポリ塩化ビニル，塩化ビ
ニル−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリスチレン、ポリエチレン及びポリプロピレンな
どを単独又は共重合したビニル系合成樹脂；ポリウレタ
ン、シリコーン、ポリカーボネート、ＰＢＴ、ＰＥＴな
どのポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ＰＰ
Ｓ、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレ
ン（デュポン社の商品名「ハイパロン」）などの合成樹
脂；イソプレン、ネオプレン、スチレン・ブタジエン、
ブタジエン、アクリロニトリル・ブタジエンなどのゴ
ム；エポキシ系樹脂，フエノール系合成樹脂等が使用で
きる。これらは単独で又は必要により２種以上混合して
用いられる。

【００１６】磁性粉とバインダーとしての合成樹脂との
配合割合は、磁性粉が４０〜７０vol%、合成樹脂が６０
〜３０vol%の範囲が好ましい。磁性粉が４０vol%未満で
は磁気特性が不十分で、一方、７０vol%を越えると成形
性が悪くなる傾向がある。なお、その他にも、従来から
常用される可塑剤や抗酸化剤、表面処理剤などを目的に
応じて使用できることはいうまでもない．

【００１７】成形方法は合成樹脂磁石の場合、射出成
形、圧縮成形、押出成形等の既に知られた方法が使用で
き、焼結磁石の場合も既に知られた湿式成形、乾式成形
がグリーン作成方法として使用できる。

【００１８】図４は、射出成形用金型の一例を示す概略
図で、３はキャビティ、４はスプルー、５は突出しピン
である。尚、斜線部はヨーク（強磁性体）、点描部は非
磁性体である。

【００１９】図５、図６、図７は、長手方向の断面にお
ける磁性粉の磁化容易軸がそれぞれ均一（アキシャル）
配向〔図１（Ｂ）参照〕、集束配向〔図２（Ｂ）参
照〕、側面集束配向〔図３（Ｂ）参照〕に制御するため
の金型の磁気回路を示す。

【００２０】上記射出成形用金型により本発明の異方性
セグメント形状磁石を製造するには、磁性粉と合成樹脂
とを主成分とする樹脂磁石組成物をスプルー４を経由し
てキャビティ３内に充填し、矢示した如く磁力線に沿っ
て磁性粉の磁化容易軸が外側の非作用面から内側の作用
面に均一又は集束するように配向せしめる。尚、スプル
ー４を加熱するには、これらの近傍にヒーター等を配す
ればよい。また、圧縮成形機や押出成形機も公知のもの
が使用でき、射出成形用金型と同様の磁気回路を組めば
よい。

【００２１】本発明の異方性セグメント形状磁石は、上
記の如く長手方向に対し垂直方向断面における磁性粉の
磁化容易軸が、中央部では内側作用面の中央域に対して
集束し、両端部では内側作用面に対して発散するように
制御したことによりコギングが防止され、更に、長手方
向断面における磁性粉の磁化容易軸が外側非作用面又は
外側非作用面と両端面から内側作用面の中央域に集束配
向せしめることにより、トルクを低下させることなくコ
ギングを防止することができる。従って、本発明のセグ
メント形状磁石はモーター用の磁石ステーターやアウタ
ーローターとして有用である。

【００２２】図８は、本発明の異方性セグメント形状磁
石をステーターとして使用したモーターを示す概略図
で、強磁性体ケース６、磁石ステーター７と、シャフト
８を介して軟磁性ローター９を具備してなり、該磁石ス
テーター７として本発明の異方性セグメント形状磁石１
０（図中では、図２のセグメント形状磁石を使用した例
を示す）が使用されている。図８中、１１はローター励
磁コイル、１２はブラシ、１３はワッシャー、１４は軸
受け、１５はリード線である。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例、比較例を挙げて更に
詳細に説明するが、これらは本発明を何ら制限するもの
ではない。

【００２４】実施例１〜３及び比較例１〜４図４、及び図５〜図７に示した磁気回路を設定した射出
成形金型を用いて、それぞれ図１〜図３に示した如く配
向した異方性セグメント形状磁石を下記の製造条件によ
り製造した。尚、キャビティを構成する金型材料とし
て、強磁性体としてはＳ４５Ｃを、非磁性体として高マ
ンガン鋼ＹＨＤ５０（日立金属株式会社製）を用いた。

【００２５】次いで、上記異方性セグメント形状磁石を
ステーターとして用いて、それぞれ図８に示す如きモー
ターを組み立てた（但し、図８は図２の磁石を組み込ん
だ例を示す）。また、比較例１〜４として、図９〜図１
２に示す異方性セグメント形状磁石を特許第３０１２０
５１号公報に記載の磁気回路に準じて設定した金型を用
いて製造した。実施例１〜３及び比較例１〜４の異方性
セグメント形状磁石を組み込んだモーターについて、モ
ータートルク及びコギングを評価した。評価結果を表１
に示す。尚、モータートルク及びコギングの評価は、比
較例２の場合を１００とした相対比較で示した。

【００２６】（配合）磁性粉：フェライト磁粉（平均粒径１．５μｍのマグネトプランバイト型ストロンチウム系フェライト）６８ｖｏｌ％合成繊脂：ポリアミド１２３６ｖｏｌ％可塑剤：ＴＴＳ（イソプロピルトリイソステアロイルチタネート）１ｖｏｌ％

【００２７】（成形条件）射出成形条件（日本製鋼所製：Ｊ−５０Ｍ磁場配向射出
成形機使用）射出シリンダー温度：２８０℃ 金型温度：１００℃ 射出圧力：１５００ｋｇ／ｃｍ² 起磁力：２００００アンペアターン励磁時間：：２０秒冷却時間：２５秒射出サイクル：４０秒

【００２８】

【表１】

【００２９】表１より明らかなように、本発明の異方性
セグメント形状磁石は、モータートルクを低下させるこ
となくコギングを改善することができる。

【００３０】

【発明の効果】叙上のとおり、本発明の異方性セグメン
ト形状磁石は、長手方向に対し垂直方向断面における磁
性粉の磁化容易軸が中央部では内側作用面の中央域に対
して集束し、両端部では内側作用面に対して発散するよ
うに制御したことにより、例えばモーターに装着した場
合、モータートルクを低下させることなくコギングを改
善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の異方性セグメント形状磁石を示す概略
断面図で、（Ａ）は長手方向に対し垂直方向における磁
性粉の磁化容易軸の配向状態（集束・発散）を示し、
（Ｂ）はＰ−Ｐ断面図で長手方向の磁性粉の磁化容易軸
の配向状態（アキシャル）を示す。

【図２】本発明の他の異方性セグメント形状磁石を示す
概略断面図で、（Ａ）は長手方向に対し垂直方向におけ
る磁性粉の磁化容易軸の配向状態（集束・発散）を示
し、（Ｂ）はＱ−Ｑ断面図で長手方向の磁性粉の磁化容
易軸の配向状態（集束）を示す。

【図３】本発明の更に他の異方性セグメント形状磁石を
示す概略断面図で、（Ａ）は長手方向に対し垂直方向に
おける磁性粉の磁化容易軸の配向状態（集束・発散）を
示し、（Ｂ）はＲ−Ｒ断面図で長手方向の磁性粉の磁化
容易軸の配向状態（側面集束）を示す。

【図４】図１〜図３の異方性セグメント形状磁石の長手
方向に対し垂直方向における磁性粉の磁化容易軸を本発
明の配向状態（集束・発散）に制御する磁気回路を備え
た射出成形用金型を示す概略図である。

【図５】図１の異方性セグメント形状磁石の長手方向に
おける磁性粉の磁化容易軸をアキシャル配向に制御する
磁気回路を備えた射出成形用金型を示す概略図である。

【図６】図２の異方性セグメント形状磁石の長手方向に
おける磁性粉の磁化容易軸を集束配向に制御する磁気回
路を備えた射出成形用金型を示す概略図である。

【図７】図３の異方性セグメント形状磁石の長手方向に
おける磁性粉の磁化容易軸を側面集束配向に制御する磁
気回路を備えた射出成形用金型を示す概略図である。

【図８】図２の異方性セグメント形状磁石を使用したモ
ーターを示す概略図である。

【図９】従来の異方性セグメント形状磁石を示す概略断
面図で、（Ａ）は長手方向に対し垂直方向における磁性
粉の磁化容易軸の配向状態（アキシャル）を示し、
（Ｂ）はＳ−Ｓ断面図で長手方向の磁性粉の磁化容易軸
の配向状態（アキシャル）を示す。

【図１０】従来の異方性セグメント形状磁石を示す概略
断面図で、（Ａ）は長手方向に対し垂直方向における磁
性粉の磁化容易軸の配向状態（ラジアル）を示し、
（Ｂ）はＴ−Ｔ断面図で長手方向の磁性粉の磁化容易軸
の配向状態（アキシャル）を示す。

【図１１】従来の異方性セグメント形状磁石を示す概略
断面図で、（Ａ）は長手方向に対し垂直方向における磁
性粉の磁化容易軸の配向状態（集束）を示し、（Ｂ）は
Ｕ−Ｕ断面図で長手方向の磁性粉の磁化容易軸の配向状
態（集束）を示す。

【図１２】従来の異方性セグメント形状磁石を示す概略
断面図で、（Ａ）は長手方向に対し垂直方向における磁
性粉の磁化容易軸の配向状態（発散）を示し、（Ｂ）は
Ｖ−Ｖ断面図で長手方向の磁性粉の磁化容易軸の配向状
態（集束）を示す。

【符号の説明】

１外側非作用面２内側作用面３キャビティ４スプルー５突出ピン斜線部：強磁性体点描部：非磁性体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 21/28 Ｈ０２Ｋ 21/28 23/04 23/04 Ｆターム(参考） 5H621 AA02 AA04 HH01 5H622 AA02 CA02 CB03 CB04 DD03 QA02 QB02 QB05 QB08 5H623 AA02 AA04 BB07 GG13 JJ06 LL19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向に対し垂直方向の断面が円弧状
であり、外側面を非作用面とし内側面を作用面とするセ
グメント形状磁石において、前記垂直方向断面における
磁性粉の磁化容易軸が、中央部では内側作用面の中央域
に対して集束し、両端部では内側作用面に対して発散し
ていることを特徴とする異方性セグメント形状磁石。
【請求項２】長手方向断面における磁性粉の磁化容易
軸が内側作用面の中央域に対して集束している請求項１
記載の異方性セグメント形状磁石。
【請求項３】磁性粉と合成樹脂とを主成分としてなる
請求項１又は２記載の異方性セグメント形状磁石。
【請求項４】ステーター又はアウターローターとして
使用される請求項１〜３のいずれか１項に記載の異方性
セグメント形状磁石。
【請求項５】強磁性体ケース内に、磁石ステーター
と、シャフトを介して軟磁性ローターを具備してなるモ
ーターにおいて、前記磁石ステーターとして、請求項１
〜３のいずれか１項に記載の異方性セグメント形状磁石
を用いたことを特徴とするモーター。