JP2003289653A - サーボ・モータの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リング型極異方性マグネットを軸線方向に２
個以上に分割して、各マグネットの磁極を所定のスキュ
ー角度θだけずらして高精度に組み立てる。 【解決手段】 一方のリング型極異方性マグネットを軸
センタに合わせて支持するとともにその磁場配向が第１
の磁気回路の漏れ磁束に倣うことよって第１の極位置に
磁極の位置出しを行なってから、回転子に接着固定す
る。また、次のリング型極異方性マグネットを軸センタ
に合わせて支持するとともにその磁場配向が第２の磁気
回路の漏れ磁束に倣うことによって所望の角度θだけず
れた第２の極位置に磁極の位置出しを行なってから、回
転軸に接着固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットを始めと
する各種産業機器のアクチュエータとして利用可能なサ
ーボ・モータに係り、特に、小型で且つ高出力に構成さ
れたサーボ・モータに関する。

【０００２】さらに詳しくは、本発明は、極異方性マグ
ネットを回転子に用いたサーボ・モータに係り、特に、
リング型極異方性マグネットを軸線方向に２個以上に分
割して、各マグネットの磁極を所定のスキュー角度θだ
け正確にずらして固定することによってコギング・トル
クを低減するようにしたサーボ・モータの製造方法及び
製造装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】産業用・民生用の各機器のアクチュエー
タ（actuator）としては、サーボ・モータを用いるのが
一般的である。何故ならば、サーボ・モータは、取扱い
が容易で、小型・高トルクで、しかも応答性に優れてい
るからである。特に、ＡＣサーボ・モータは、ブラシが
なく、メンテナンス・フリーであることから、無人化さ
れた作業空間で稼動することが望まれるような自動機
械、例えば自由歩行を行う脚式ロボットの関節アクチュ
エータなどに適用することができる。このサーボ・モー
タは、回転子（ロータ）側に永久磁石を、固定子（ステ
ータ）側にコイルを配置して、正弦波磁束分布と正弦波
電流によりトルクを発生させるものである。

【０００４】近年、アクチュエータの小型化及び高性能
化の必要性はますます高まってきている。ロボット、と
りわけ自立型ロボットなどに使用されるサーボ・モータ
においては、小型化、高出力化、高速化、並びに安定し
た制御が要求されている。

【０００５】サーボ・モータの小型化・高出力化は、回
転子（ロータ）側に磁束密度の高いマグネットを使用す
るとともに、固定子（ステータ）側の巻線密度を向上
し、巻線部の必要スペースも最小にすることによって実
現することが知られている。

【０００６】固定子側の巻線密度を高密度化するため
に、分割コア方式が採用されることが多い。この分割コ
ア方式とは、鉄心すなわちコアをその周方向に分割する
とともに、巻線を外部で整列状に巻き込んだ後、各鉄心
を組み立てることによって固定子を構成するものであ
り、コアへの高密度な巻線とアクチュエータの省スペー
ス化を可能にしている。

【０００７】例えば、本出願人に既に譲渡されている特
願２０００−２８１０７２号明細書には、固定子に分割
コアを用いて巻線密度を向上させた、小型且つ高出力の
サーボ・モータについて開示されている。同明細書に記
載の固定子の各分割コアは、隣接する一方の分割コアの
凸部が他方の凹部と好適に嵌合するように周方向に連結
することで円周状に組み立てるようになっている。この
結果、嵌合部のガタや磁気漏れを小さくして、以ってサ
ーボ・モータの小型化、高出力化がもたらされる。

【０００８】また、回転子側に磁束密度の高いマグネッ
トを使用することにより、サーボ・モータの小型化、高
出力化を実現することができる。

【０００９】マグネットは、磁性粉体を金型内で成形す
るときに磁場を印加するかしないかによって、等方性マ
グネット、異方性マグネットに区分される。すなわち、
成形時に磁界を印加しない場合にはマグネット内での磁
場は均一すなわち等方となる。これに対し、成形時に磁
界を印加すると、マグネット内での磁場には配向すなわ
ち異方性が与えられて、この結果としてマグネットは小
型でも高い磁束密度を得ることができる。

【００１０】さらに、異方性マグネットは、マグネット
内に形成された磁場の向きによって、「ラジアル異方
性」マグネットと、「極異方性」マグネットとに区分さ
れる。図１及び図２には、リング型のラジアル異方性及
び極異方性マグネットそれぞれの断面におけるマグネッ
ト内の磁場の向きを模式的に図解している。特に、極異
方性マグネットは、磁束密度が高いので、高出力化の点
で優れている。但し、極異方性マグネットは、成形及び
着磁時に磁路通りに着磁されてしまうので、リング上の
好きな場所にＮ／Ｓ極を設定することができない。

【００１１】極異方性リング・マグネットでは、マグネ
ット製造時に以下に示す工程を経て強力な残留磁束を得
ている。

【００１２】（１）マグネット粉末混合→（２）（磁場
配向をかけながら）成形金型へ充填→（３）（磁場配向
をかけながら）金型内で加圧成形→（４）脱磁→（５）
燒結→（６）研磨

【００１３】金型外周部に設置された配向コイルに通電
することによって得られる漏れ磁束に沿ってマグネット
粉を配向し、リング・マグネット内部にあらかじめ磁気
回路を設けることができる。この磁気特性により、後に
サーボ・モータの回転子として用いる前に行なう着磁に
よる残留磁束を大きくすることができる。すなわち、強
力なマグネットが得られ、出力の大きなサーボ・モータ
を実現することができる。但し、この磁場配向はリング
・マグネットの中心軸に平行にしか設けることができな
い。

【００１４】一方、高出力化のために磁束密度の高いマ
グネットを使用すると、「コギング・トルク」と呼ばれ
る、マグネットと固定子（ステータ）側鉄心の間で発生
するトルク・リップルが大きくなる。このトルク・リッ
プルを低減しなくては、サーボ・モータを高精度に制御
することができず、アクチュエータとして要求される高
性能化に対応することができない。

【００１５】このコギング・トルクは、固定子（ステー
タ）側の巻き線には依存せず、固定子（ステータ）側の
鉄心のスロットに対して着磁されたマグネットの回転に
伴い磁束が変化するという間欠的な磁気吸引反発作用に
よって発生することが知られている。

【００１６】コギング・トルクを低減するために、モー
タの回転子又は固定子のいずれか又は両方の磁極にある
特定の角度（スキュー角θ）を設けることによって、回
転子の漏れ磁束又は固定子の極を螺旋状にして、間欠的
な磁気吸引反発を平滑にする方法が採用されている（ス
キュー着磁）。

【００１７】図３には、ラジアル異方性マグネットにス
キュー着磁を施した回転子（ロータ）を図解している。
ラジアル異方性マグネットの場合、回転子（ロータ）側
に用いるマグネットの着磁時に、図示のようにマグネッ
トの各磁極にスキューを与えることができる。

【００１８】一方、極異方性マグネットの場合、マグネ
ット成形時の磁場成形で磁化方向が決まってしまうの
で、着磁時にスキュー着磁を施すことが困難である。こ
のため、サーボ・モータの高出力化のために極異方性マ
グネットを用いると、コギング・トルクの問題が残され
る。

【００１９】極異方性リング・マグネットにおけるコギ
ング・トルクの問題を解決するために、固定子の極を螺
旋状にする方法が考えられる。しかし、この方法は、固
定子に用いられる鋼板の積層金型が高価であり、コイル
線の巻き方も難しくなることから、現実的ではない。

【００２０】また、極異方性リング・マグネットにおけ
るコギング・トルクの問題を解決する他の方法として、
複数の異方性リング・マグネットに分割して、位相差を
付けて各リングを固定することにより擬似的なスキュー
角を設けることが挙げられる

【００２１】例えば、特開平８−３４０６５２号公報に
は、ロータ側のリング型極異方性マグネットを軸線方向
に２個以上に分割するとともに、各マグネットの磁極を
所定のスキュー角度θだけずらして固定することによっ
て、見かけ上スキュー着磁したものと同様の効果によ
り、ＡＣサーボ・モータにおけるコギング・トルクを低
減することが開示されている。

【００２２】また、本出願人に既に譲渡されている特開
２００１−３１４０５０号公報には、軸線方向に２個以
上に分割された各リング型極異方性マグネットの磁極
を、磁極数と固定子側の鉄心のスロット数とによって決
まる回転子１回転当たりに発生するトルク・リップル数
によって定まるスキュー角度θよりも大きな所定角度
θ'だけずらして設置している。所定角度θ'は、スキュ
ー角度θに対して各マグネット間の磁気的干渉を考慮し
た値を加算した角度であり、コギング・トルクを最小限
に抑制することができる。すなわち、回転子を着磁する
場合、図４に示すように、それぞれ分割された２個以上
のリンク型極異方性マグネットの極を、コギング・トル
クを真に最小にする最適角度θ'だけずらした角のちょ
うど中心が着磁されるようにストレートの着磁ヨークに
通電することによって、見かけ上の磁化センタを中心に
してそれぞれ着磁している。

【００２３】しかしながら、極異方性リング・マグネッ
トの外観からは磁場配向を判別することはできないの
で、軸方向に分割されたそれぞれの極異方性リング・マ
グネットを目視により特定のスキュー角を以って組み立
てることはできない。

【００２４】このため、例えば図５に示すように機械的
な凹形状の極マークなどの目視可能な目標をリング表面
に設けて極位置を確認して、リング間の極マークを目安
に極をコギング・トルクが真に最小にする最適角度θだ
けずらして組み立てを行なうという方法が採られる。

【００２５】しかしながら、リング型極異方性マグネッ
トの本来の極に対して機械的な極マークは数度の誤差を
持つので、このように機械的な極マークを目印に各リン
グを最適角度θだけずらして組み立てを行なっても、実
際には極をコギング・トルクが真に最小にする角にはな
らない。

【００２６】図６には、磁極数が４極であり、固定子
（ステータ）鉄心１２のスロット数が６個である場合
の、軸線方向に２個に分割されたリング型極異方性マグ
ネットを回転子（ロータ）１３に使用したときの磁場解
析シミュレーション結果（コギング・トルクとスキュー
角度との関係）を示している。同図からも分かるよう
に、最適角度θ付近でずらし角が数度ずれると、コギン
グ・トルクは大きく変化して、最小のコギング・トルク
を得ることはできない。言い換えれば、機械的な極マー
クを目視で確認して回転子の組み立てを行なっても、コ
ギング・トルクを抑えることは困難である。

【００２７】また、凹のような機械的な極マークをリン
グに形設することは、その部分に磁力の変化を及ぼすこ
とにもなるので、磁気特性を悪化させるという弊害もあ
る。

【００２８】また、各リング型極異方性マグネット間の
漏れ磁束による吸引力や斥力のために所定の角度でこれ
らを機械的に組み合わせることは困難である。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、極異
方性マグネットを回転子に用いたサーボ・モータの優れ
た製造方法及び製造装置を提供することにある。

【００３０】本発明のさらなる目的は、リング型極異方
性マグネットを軸線方向に２個以上に分割して、各マグ
ネットの磁極を所定のスキュー角度θだけずらして固定
することによってコギング・トルクを低減するようにし
たサーボ・モータの優れた製造方法及び製造装置を提供
することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、軸線方向に２個以
上分割されたリング型極異方性マグネットを回転子とす
るサーボ・モータの製造方法又は製造装置であって、各
リング型極異方性マグネット毎に磁場配向（磁極）を利
用して位置出しを行なう位置出しステップ又は手段と、
位置出しされた各リング型極異方性マグネット同士を回
転子に固定する組立てステップ又は手段と、を具備する
ことを特徴とするサーボ・モータの製造方法又は製造装
置ある。

【００３２】本発明に係るサーボ・モータの製造方法又
は製造装置によれば、まず回転子を軸センタにて固定し
た後、リング型極異方性マグネットを前記軸センタに合
わせて支持するとともにその磁場配向が第１の磁気回路
の漏れ磁束に倣うことよって第１の極位置に磁極の位置
出しを行なってから、該リング型極異方性マグネットを
前記軸センタ方向に移動させて、前記第１の極位置にて
回転子に装着し固定する。その後、さらに次のリング型
極異方性マグネットを前記軸センタに合わせて支持する
とともにその磁場配向が第２の磁気回路の漏れ磁束に倣
うことによって前記第１の極位置とは所望の角度θだけ
ずれた第２の極位置に磁極の位置出しを行なってから、
該次のリング型極異方性マグネットを前記軸センタ方向
に移動させて、前記第１の極位置とは所望の角度θだけ
ずれた前記第２の極位置にて回転子に装着し固定する。

【００３３】したがって、本発明に係るサーボ・モータ
の製造方法又は製造装置によれば、各々のリング型極異
方性マグネットが持つ磁極を利用して位置出しを行な
い、所定の位相差θを以って回転子に取り付けることが
できる。

【００３４】また、本発明によれば、凹のような機械的
な極マークに頼ることなく、各リング型極異方性マグネ
ット間のずれ角θを高精度に設定することができるの
で、最小のコギング・トルクを得ることができる。

【００３５】また、本発明によれば、基準となるマグネ
ットの磁極が他方のリング型極異方性マグネットに影響
を及ぼすほど磁力は強くなく、個々のリング型極異方性
マグネットに決められた位相を与えながら所定のスキュ
ー角を正確に実現することが可能となる。

【００３６】前記の位置出し手段又はステップは、所望
の極位置を持つ磁気回路を用いて、その吸引力により各
リング型極異方性マグネットの磁極が倣うことにより磁
極の位置出しを行なうことができる。磁気回路は、所定
の周方向に均等に配置された複数の磁石を備えており、
リング型極異方性マグネットの外周に沿って所望の極位
置で吸引作用を及ぼすような波形及び磁束ピークを持つ
磁束波形を生成して、リング型極異方性マグネットを所
望の磁極位置で吸引することができる。

【００３７】また、前記の位置出し手段又はステップ
は、隣接するリング型極異方性マグネット間で所定の角
度θだけずらして磁極の位置出しを行なう。この所定の
角度θは、コギング・トルクを最小限に抑制するスキュ
ー角であり、リング型極異方性マグネットの磁極数と固
定子側の鉄心のスロット数とによって決まる回転子１回
転当たりに発生するトルク・リップル数によって定まる
コギング・トルクの半周期と各マグネット間の磁気干渉
を考慮し算出した値に基づいて決定される。

【００３８】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより
詳細な説明によって明らかになるであろう。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳解する。

【００４０】図７には、本発明の一実施形態に係るサー
ボ・モータ１０の断面構成を模式的に示している。

【００４１】同図に示すように、ケース１１内には、複
数のスロットを持つ固定子（ステータ）鉄心１２が収容
されている。また、この固定子（ステータ）鉄心１２の
中空部には、回転子（ロータ）１３が固定子（ステー
タ）鉄心１２と同軸上となるように配置されている。こ
の回転子（ロータ）１３の両端は、それぞれベアリング
１４によって回転可能に軸支されている。

【００４２】回転子１３は、異なる磁極が交互に多極着
磁された主極（メイン）・マグネット２１からなる。ま
た、固定子鉄心１２には駆動用コイル（図示しない）が
巻設されており、駆動用コイルに正弦波電流を流すこと
によって発生する正弦波磁束分布によって回転子１３に
対して回転トルクを印加するようになっている。

【００４３】また、回転子１３の一方の端面には、回転
子１３の回転を検出するためのセンサ・マグネット２２
が、メイン・マグネット２１と略同軸状に一体的に取り
付けられている。

【００４４】さらに、固定子側には、このセンサ・マグ
ネット２２に対面するように、ホール素子などからなる
磁界検出回路が搭載された基板２３が配設されている。
サーボ・モータ１０の回転駆動中には、ホール素子はセ
ンサ・マグネット２２からの磁界の強さの変化に対応す
る検出信号を出力する。この検出信号に基づいて、回転
子１２の速度をサーボ制御するためのサーボ信号を生成
して、モータの速度サーボを実現することができる。

【００４５】本実施形態では、回転子１３のメイン・マ
グネット２１は、小型でも高い磁束密度を得て高出力・
高速回転を得るために、極異方性マグネットを採用す
る。また、軸線方向に分割された２個のリング型極異方
性マグネットを所定のスキュー角度だけ極位相をずらし
て固定することにより、トルク・リップルを低減して高
精度化、安定制御を図っている。

【００４６】図８には、本実施形態に係るサーボ・モー
タ１０に使用される回転子１３のメイン・マグネット２
１周辺部分を抜き出して描写している。同図に示すよう
に、メイン・マグネット２１は、軸線方向に分割された
２個のリング型極異方性マグネット２１Ａ及び２１Ｂが
回転軸１５に接着固定して構成される。

【００４７】２個のリング型マグネット２１Ａ及び２１
Ｂはいずれも極異方性を有し、且つ、互いの磁極が所定
のスキュー角度θだけずれるように配設されている。こ
のスキュー角度θは、コギング・トルクが互いに逆位相
となり打ち消し合うような値に設定される。このスキュ
ー角度θは、リング型極異方性マグネットの磁極数と固
定子側の鉄心のスロット数とによって決まる回転子１回
転当たりに発生するトルク・リップル数によって定まる
コギング・トルクの半周期と各マグネット間の磁気干渉
を考慮し算出した値に基づいて決定される。スキュー角
θは、例えば本出願人に既に譲渡されている特開２００
１−３１４０５０号公報の開示内容に従って設定され
る。

【００４８】図９には、回転子１３を組み立てた状態を
示している。同図に示すように、回転子１３は、回転軸
１５と、バックヨーク２４と、リング型極異方性のメイ
ン・マグネット２１と、メイン・マグネット２１の一端
面にて略同心円状に取り付けられたセンサ・マグネット
２２からなる。

【００４９】回転軸１５とバックヨーク２４は、発生ト
ルクに充分耐えられるだけの強度を持って接着固定され
る。さらに、メイン・マグネット２１は、回転軸１５の
基準に対してある角度を以って取り付けられる。バック
ヨーク２４は、メイン・マグネット２１に与えられる着
磁の漏れ磁束の内周部分での回り込みを良好にするた
め、磁性材料を用いることが好ましい。

【００５０】本実施形態で用いられるメイン・マグネッ
ト２１は軸方向に２分割されたリング型極異方性マグネ
ット２１Ａ及び２１Ｂで構成され、極が軸方向に平行に
しか入らないので、サーボ・モータ１０において、固定
子鉄心１２のスロット数と、回転子１３のメイン・マグ
ネット２１の極数によってのみ求められるコギング・ト
ルクを最小にする角度θ'に対して、各リング型極異方
性マグネット２１Ａ及び２１Ｂの磁気的干渉を考慮する
ことによって求まる、コギング・トルクを真に最小にす
る最適角度θだけ位相方向にずらして取り付けられる。

【００５１】メイン・マグネット２１に充分な残留磁束
を入れるために、数＋ＫＡの着磁電流を必要とするため
に、周りの磁性材料に少なからずも磁気的影響を及ぼ
す。そこで上記の状態でリング・マグネットの着磁を行
う。

【００５２】回転軸１５などの部品は機械的な強度を確
保しつつも、メイン・マグネット２１に与えられる着磁
による磁化を防ぐために非磁性材料（例えばＳＵＳ３０
３）を用いるのが好ましい。

【００５３】次いで、バックヨーク２４の端面にセンサ
・マグネット２２が取り付けられる。このとき回転軸を
基準面に対して直角に保持する穴を設けた組立冶具でセ
ンサ着磁面が軸に対して直角になるように接着固定して
取り付けられる。

【００５４】次いで、本実施形態に係るサーボ・モータ
１０の回転子１３の組み立て方法について説明する。

【００５５】軸方向に２以上分割された極異方性リング
・マグネット２１Ａ及び２１Ｂを回転子１５のメイン・
マグネット２１として利用する場合、コギング・トルク
が最小となるように各リング・マグネット２１Ａ及び２
１Ｂ間の磁極の位相差を最適角度θに設定する必要があ
る。既に述べたように、機械的な極マークを目印に各リ
ングを最適角度θだけずらして組み立てを行なっても、
極マーク自体の誤差のために実際には極をコギング・ト
ルクが真に最小にする角にはならない。

【００５６】そこで、本実施形態では、リング型極異方
性マグネット２１Ａ及び２１Ｂの各々が持つ漏れ磁束を
利用して位置出しを行ない、所定の位相差θを以ってメ
イン・マグネット２１の接着固定を行なうこととした。

【００５７】各リング型極異方性マグネット２１Ａ，２
１Ｂ毎に、その磁極を利用して所定の配向を以って吸引
する磁気回路をそれぞれ回転子１３の外部に配設する。
一方の磁気回路は、回転軸１５への取り付け位相の基準
となる配向で、リング型極異方性マグネット２１Ａをそ
の磁力で吸引する。また、他方の磁気回路は、これとは
所定の角度θだけずれた配向により、リング型極異方性
マグネット２１Ｂをその磁力で吸引する。このような状
態で、回転軸１５上でリング型極異方性マグネット２１
Ａ及び２１Ｂを接合し、さらに接着剤により固定するこ
とにより、各リング・マグネット２１Ａ及び２１Ｂの磁
極に所望の位相差θを設定することができる。

【００５８】図１０には、リング型極異方性マグネット
２１Ａ，２１Ｂの磁極を充分に吸引し位置出しを可能に
する最適な磁気回路を搭載した治具４０Ａ及び４０Ｂの
構成を示している。但し、リング型極異方性マグネット
は４極構成であるとする。治具は、軸方向に極異方性マ
グネットを分割した個数だけ必要である。

【００５９】治具４０Ａ及び４０Ｂの中央には、それぞ
れリング型極異方性マグネット２１Ａ，２１Ｂを挿入す
るための穴４２が穿設されており、リング型極異方性マ
グネット２１Ａ，２１Ｂの周方向に沿って所望の極位置
で吸引作用を及ぼすような波形及び磁束ピークを持つ磁
束波形を生成する磁気回路が配設されている。

【００６０】この磁気回路は、より具体的には、この穴
４２の周方向に沿ってそれぞれリング型極異方性マグネ
ット２１Ａ，２１Ｂの極数だけ、それぞれの配向すべき
極位置に複数のマグネット４１が均等に配置されてい
る。同一円周上にマグネット４１を均一に配置するの
は、極異方性マグネット２１Ａ，２１Ｂの外周表面にて
円周上に均一な漏れ磁束を得るためである。円周上均一
であれば、より精度の高いマグネット位相決めが実現可
能である。

【００６１】上下に分割されたこれら治具４０Ａ及び４
０Ｂは、これらマグネット４１が形成するセンター（す
なわち、リング型極異方性マグネット２１Ａ，２１Ｂの
極）が最適角（ずらし角）θ分だけずらし組み付けられ
ている。それぞれ分割された治具４０Ａ及び４０Ｂの各
マグネット４１により、それぞれのリング型極異方性マ
グネット２１Ａ，２１Ｂの極が十分に吸引され、極異方
性マグネットの持つ極をコギング・トルクが真に最小に
する最適角度θだけずらし組立てることを可能にしてい
る。

【００６２】リング型極異方性マグネット２１Ａ（２１
Ｂ）の極を吸引し位置決めするためのマグネット４１
は、リング型極異方性マグネット２１Ａ（２１Ｂ）を挿
入するための穴４２のセンターに対してＮ極とＳ極が交
互になるように配置されている。各マグネット４１には
磁束密度の高いネオジウム系のマグネットを用いること
で十分な吸引力を確保することができる。

【００６３】図１１には、リング型極異方性マグネット
２１Ａ（２１Ｂ）を挿入するための穴４２の周方向に沿
って測定した磁束測定データを示している。磁束が綺麗
なＳＩＮ（又はＣＯＳ）波形になっているのが分かる。
したがって、リング型極異方性マグネット２１Ａ（２１
Ｂ）の極位置を正確に位置決めすることができる。

【００６４】各マグネット４１の磁極の向きはリング型
極異方性マグネット２１Ａ（２１Ｂ）を挿入するための
穴４２のセンターに対して同極（すべてＮ極又はすべて
Ｓ極）であってもリング型極異方性マグネット２１Ａ
（２１Ｂ）の各極を吸引することは可能であるが、十分
な吸引力を得ることができず、リング型極異方性マグネ
ット２１Ａ（２１Ｂ）の極位置の正確な位置決めはでき
ない。

【００６５】また、各マグネット４１が持つ幅も、リン
グ型極異方性マグネット２１Ａ（２１Ｂ）の各極の吸引
作用に影響する。図１２には、各マグネット４１が充分
な幅を持っていない場合のリング型極異方性マグネット
２１Ａ（２１Ｂ）を挿入するための穴４２の周方向に沿
って測定した磁束測定データを示している。このような
場合、図１１に示したような綺麗なＳＩＮ（又はＣＯ
Ｓ）波形にはならないので、リング型極異方性マグネッ
ト２１Ａ（２１Ｂ）の極位置を正確に位置決めすること
ができない。

【００６６】また、リング型極異方性マグネット２１Ａ
（２１Ｂ）の各極を吸引するための磁石４１として、ネ
オジウム系のマグネットに代えてＳｍ−Ｃｏ系のマグネ
ットを使用してもよい。図１３には、Ｓｍ−Ｃｏ系のマ
グネットを位置決め用のマグネット４１として使用した
場合の、リング型極異方性マグネット２１Ａ（２１Ｂ）
を挿入するための穴４２の周方向に沿って測定した磁束
測定データを示している。この場合、磁束が綺麗なＳＩ
Ｎ（又はＣＯＳ）波形になっているが、磁束のピークが
小さい。このため、リング型極異方性マグネット２１Ａ
（２１Ｂ）の極位置をある程度は位置決めすることがで
きるが、リング型極異方性マグネット２１Ａ（２１Ｂ）
と回転軸１５（又はバックヨーク２４）の間の摩擦など
により充分な位置決めを行なえない可能性がある。

【００６７】図１４には、２つのリング型極異方性マグ
ネット２１Ａ及び２１Ｂを所望の極位置のずれ角θで高
精度に回転子１３に取り付けることができる組立装置５
０の構成例を示している。

【００６８】回転軸１５は、メイン・マグネット２１に
与えられる着磁による磁化を防ぐために非磁性材料であ
ることが好ましい。また、バックヨーク２４は、メイン
・マグネット２１に与えられる着磁の漏れ磁束の内周部
分での回り込みを良好にするために磁性材料である。回
転軸１５とバックヨーク２４は、モータ回転時に発生す
る巨大なトルクに充分耐えられるように、強固な固定方
法で組み立てられているものとする。

【００６９】メイン・マグネット２１は軸方向に２分割
されており、２つの２つのリング型極異方性マグネット
２１Ａ及び２１Ｂで構成されている。図示の例では、一
方のリング型極異方性マグネット２１Ａは、既にバック
ヨーク２４に取り付けられているものとする。

【００７０】治具４０Ａ及び４０Ｂの中央には、それぞ
れリング型極異方性マグネット２１Ａ，２１Ｂを挿入す
るための穴４２が穿設されており、この穴４２の周方向
に沿ってそれぞれリング型極異方性マグネット２１Ａ，
２１Ｂの極数だけ、それぞれの配向すべき極位置に複数
のマグネット４１が均等に配置されている（図１０を参
照のこと）。

【００７１】上下に分割されたこれら治具４０Ａ及び４
０Ｂは、これらマグネット４１が形成するセンター（す
なわち、リング型極異方性マグネット２１Ａ，２１Ｂの
極）が最適角（ずらし角）θ分だけずらして組み付けら
れている。

【００７２】これら治具４０Ａ及び４０Ｂは、回転子１
３の中心軸に沿って平行移動が可能な平行移動手段（ク
ロスローラ・ガイド）３９上に搭載されており、該中心
軸方向に両者間の距離を伸縮することができる。平行移
動手段３９は、基台４１上に固定されている。

【００７３】回転子１３の回転軸１５の一端は第１の支
持部４２によって軸センタにて支持され、他端は第２の
支持部４３によって軸センタにて支持されている。第１
の支持部４２は固定であるが、第２の支持部４３は軸方
向に可動である。また、治具４０Ａ及び４０Ｂは、軸セ
ンタと同軸状に各リング型極異方性マグネット２１Ａ，
２１Ｂを取り付ける。

【００７４】以下、この組立装置５０上で回転子１３に
リング型極異方性マグネット２１Ａ，２１Ｂを取り付け
るための操作手順について、図１６〜図２１を参照しな
がら説明する。

【００７５】（１）回転軸１５とバックヨーク２４の組
立体を、第１の支持部４２と第２の支持部によってその
両端で支持するようにして、軸センタ出しされた状態で
組立装置５０に取り付ける。このとき、リング型極異方
性マグネット２１Ａ及び２１Ｂを接着固定する面を充分
にクリーニングしておく。

【００７６】（２）バックヨーク２４上のリング型極異
方性マグネット２１Ａを接着固定する部分の数ポイント
に接着剤を適量塗布する。事前に接着促進剤を塗布して
おくことが好ましい。

【００７７】（３）治具４０Ａに一方のリング型極異方
性マグネット２１Ａを取り付ける（図１６を参照のこ
と）。このとき、リング型極異方性マグネット２１Ａが
持つ磁極が治具４０Ａの穴４２の円周方向に均等に配設
された磁石４１によって形成される磁気回路に倣うこと
によって、磁極の位置出しが行なわれる。

【００７８】（４）治具４０Ａを回転軸１５とバックヨ
ーク２４からなる組立体側（紙面左側）に移動して、リ
ング型極異方性マグネット２１Ａを接着固定する（図１
７を参照のこと）。このとき、リング型極異方性マグネ
ット２１Ａは、回転軸１５と軸センタを維持した状態
で、極位相が決まる。

【００７９】（５）接着固定後、治具４０Ａを紙面左側
に移動して、回転子１３に固定されたリング型極異方性
マグネット２１Ａを治具４０Ａから解放する（図１８を
参照のこと）。

【００８０】（６）バックヨーク２４のリング型極異方
性マグネット２１Ｂを接着固定する部分の数ポイントに
接着剤を適量塗布する。事前に接着促進剤を塗布してお
くことが好ましい。

【００８１】（７）治具４０Ｂに他方のリング型極異方
性マグネット２１Ｂを取り付ける（図１９を参照のこ
と）。このとき、リング型極異方性マグネット２１Ｂが
持つ磁極が治具４０Ｂの穴４２の円周方向に均等に配設
された磁石４１によって形成される磁束に倣うことによ
って、リング型極異方性マグネット２１Ａとは所定の角
度θだけ極位相をずらして磁極の位置出しが行なわれ
る。

【００８２】（８）治具４０Ｂを回転軸１５とバックヨ
ーク２４からなる組立体側（紙面左側）に移動して、リ
ング型極異方性マグネット２１Ｂを接着固定する（図２
０を参照のこと）。このとき、リング型極異方性マグネ
ット２１Ｂは、回転軸１５と軸センタを維持した状態
で、極位相が決まる。

【００８３】（９）接着固定後、治具４０Ｂを紙面左側
に移動して、回転子１３に固定されたリング型極異方性
マグネット２１Ｂを治具４０Ｂから解放する（図２１を
参照のこと）。

【００８４】（１０）２つのリング型極異方性マグネッ
ト２１Ａ，２１Ｂを接着固定後、回転軸１５とバックヨ
ーク２４の組立体を組立装置から取り外す。

【００８５】上述した実施形態では、軸方向に２分割さ
れたリング型極異方性マグネットを回転子１３に取り付
ける方法について説明したが、３以上に分割されたリン
グ型極異方性マグネットを所定のスキュー角を以って取
り付ける場合であっても、同様の手順を繰り返し実行す
ればよい。

【００８６】上述した手順で基準となるマグネットの磁
気回路が他方のリング型極異方性マグネットに影響を及
ぼすことなく、個々のリング型極異方性マグネットに決
められた位相を与えながら所定のスキュー角を正確に実
現することが可能となる。

【００８７】なお、本実施形態では回転子１３のメイン
・マグネット２１として軸方向に２分割されたリング型
極異方性マグネット２１Ａ，２１Ｂを用いた場合を示し
たが、リング型極異方性マグネット２１Ａ，２１Ｂを３
個以上に分割した場合であっても同様に分割数と同数の
位置決め治具を用意することで、同様の効果を得られ
る。また、本実施形態ではリング型極異方性マグネット
２１Ａ，２１Ｂの極数は４極であるが、３極以下又は５
曲以上であってもリング型極異方性マグネットの極数と
同数のマグネット４１を各治具４０の穴４２の周方向に
沿って均等に配置することによって、リング型極異方性
マグネットが持つことのできる極数（２ｎ，ｎ＝整数）
に対応することが可能である。

【００８８】また、本実施形態ではリング型極異方性マ
グネット２１Ａ，２１Ｂの極を吸引し位置決めするため
のマグネット４１は長方形をしているが、円弧型をして
いてもよい。

【００８９】［追補］以上、特定の実施形態を参照しな
がら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修
正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示
という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書
の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の
要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範
囲の欄を参酌すべきである。

【００９０】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
極異方性マグネットを回転子に用いたサーボ・モータの
優れた製造方法及び製造装置を提供することができる。

【００９１】また、本発明によれば、リング型極異方性
マグネットを軸線方向に２個以上に分割して、各マグネ
ットの磁極を所定のスキュー角度θだけずらして固定す
ることによってコギング・トルクを低減するようにした
サーボ・モータの優れた製造方法及び製造装置を提供す
ることができる。

【００９２】本発明によれば、リング型極異方性マグネ
ットの磁極を十分に吸引することを可能にする磁気回路
を治具に搭載することによって、その磁気回路の吸引力
により２個以上のリング型極異方性マグネットの極を最
適角度θだけ正確にずらして設置することを可能にす
る。したがって、凹のような機械的な極マークを設ける
ことが不要となる。この結果、凹のような機械的な極マ
ークによる磁気特性悪化防止することができる。

【００９３】本発明によれば、小型・高性能なサーボ・
モータにおいて高い出力を得るために回転しに強力なリ
ング型極異方性マグネットを用いるとき、複数のリング
型極異方性マグネット間の極ずらしを正確に行なうこと
ができ、コギング・トルクを低減させることができる。

【００９４】また、本発明によれば、特性（出力、コギ
ング・トルクなど）にばらつきが少ないサーボ・モータ
の製造を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リング型のラジアル異方性マグネットの断面に
おける磁場の向きを示した図である。

【図２】リング型の極異方性マグネットの断面における
磁場の向きを示した図である。

【図３】ラジアル異方性マグネットのスキュー着磁を施
した回転子（ロータ）を示した図である。

【図４】軸方向に２個以上に分割されたリング型極異方
性マグネットを用いた回転子に対してスキュー着磁を施
した様子を示した図である。

【図５】それぞれの極異方性リング・マグネットに極マ
ークが形設されている様子を示した図である。

【図６】磁極数が４極であり、固定子（ステータ）鉄心
１２のスロット数が６個である場合の、軸線方向に２個
に分割されたリング型極異方性マグネットを回転子に使
用したときの、コギング・トルクとスキュー角度との関
係を示した図である。

【図７】本発明の一実施形態に係るサーボ・モータ１０
の断面構成を模式的に示した図である。

【図８】本実施形態に係るサーボ・モータ１０に使用さ
れる回転子１３のメイン・マグネット２１周辺部分を抜
き出して描写した図である。

【図９】回転子１３を組み立てた状態を示した図であ
る。

【図１０】リングが多極異方性マグネット２１Ａ，２１
Ｂの磁極を充分に吸引し位置出しを可能にする最適な磁
気回路を搭載した治具４０Ａ及び４０Ｂの構成を示した
図である。

【図１１】リング型極異方性マグネット２１Ａ（２１
Ｂ）を挿入するための穴４２の周方向に沿って測定した
磁束測定データを示した図である。

【図１２】各マグネット４１が充分な幅を持っていない
場合のリング型極異方性マグネット２１Ａ（２１Ｂ）を
挿入するための穴４２の周方向に沿って測定した磁束測
定データを示した図である。

【図１３】Ｓｍ−Ｃｏ系のマグネットを位置決め用のマ
グネット４１として使用した場合の、リング型極異方性
マグネット２１Ａ（２１Ｂ）を挿入するための穴４２の
周方向に沿って測定した磁束測定データを示した図であ
る。

【図１４】２つのリング型極異方性マグネット２１Ａ及
び２１Ｂを所望の極位置のずれ角θで高精度に回転子１
３に取り付けることができる組立装置５０の構成例を示
した図である。

【図１５】回転子１３を組み立てるための作業フローを
示した図である。

【図１６】組立装置５０を用いて回転子１３を組み立て
る様子を示した図である。

【図１７】組立装置５０を用いて回転子１３を組み立て
る様子を示した図である。

【図１８】組立装置５０を用いて回転子１３を組み立て
る様子を示した図である。

【図１９】組立装置５０を用いて回転子１３を組み立て
る様子を示した図である。

【図２０】組立装置５０を用いて回転子１３を組み立て
る様子を示した図である。

【図２１】組立装置５０を用いて回転子１３を組み立て
る様子を示した図である。

【符号の説明】

１０…サーボ・モータ １１…ケース １２…固定子 １３…回転子 １４…ベアリング １５…回転軸 ２１…メイン・マグネット（リング型極異方性マグネッ
ト） ２２…センサ・マグネット ２３…基板 ２４…バックヨーク ４０…治具 ３９…クロスローラ・ガイド ４１…マグネット ４２…第１の支持部 ４３…第２の支持部 ５０…組立装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 裕昭 静岡県浜松市新貝町1128 ソニー浜松株式 会社内 Ｆターム(参考） 5H622 AA02 CA02 CA05 CA10 CA14 CB01 CB04 CB05 PP01 QA01 QB03

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸線方向に２個以上分割されたリング型極
   異方性マグネットを回転子とするサーボ・モータの製造
   方法であって、 各リング型極異方性マグネット毎に磁場配向（磁極）を
   利用して位置出しを行なう位置出しステップと、 位置出しされた各リング型極異方性マグネット同士を回
   転子に固定する組立てステップと、を具備することを特
   徴とするサーボ・モータの製造方法。
2. 【請求項２】前記の位置出しステップでは、所望の極位
   置を持つ磁気回路の吸引力に各リング型極異方性マグネ
   ットの磁極が倣うことにより磁極の位置出しを行なう、
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーボ・モータの製
   造方法。
3. 【請求項３】前記磁気回路は、リング型極異方性マグネ
   ットの周方向に沿って複数の磁石を均等に配置して所望
   の極位置で吸引作用を及ぼすような波形及び磁束ピーク
   を持つ磁束波形を生成する、ことを特徴とする請求項２
   に記載のサーボ・モータの製造方法。
4. 【請求項４】前記の位置出しステップでは、隣接するリ
   ング型極異方性マグネット間では所定の角度θだけずら
   して磁極の位置出しを行なう、ことを特徴とする請求項
   １に記載のサーボ・モータの製造方法。
5. 【請求項５】前記所定の角度θは、リング型極異方性マ
   グネットの磁極数と固定子側の鉄心のスロット数とによ
   って決まる回転子１回転当たりに発生するトルク・リッ
   プル数によって定まるコギング・トルクの半周期と各マ
   グネット間の磁気干渉を考慮し算出した値に基づいて決
   定される、ことを特徴とする請求項４に記載のサーボ・
   モータの製造方法。
6. 【請求項６】前記の位置出しステップは、 回転子を軸センタにて固定するステップと、 リング型極異方性マグネットを前記軸センタに合わせて
   支持するとともにその磁極が第１の磁気回路の漏れ磁束
   に倣うことよって第１の極位置に磁極の位置出しを行な
   うサブステップと、 位置出しが行われた該リング型極異方性マグネットを前
   記軸センタ方向に移動させて、前記第１の極位置にて回
   転子に装着し固定するサブステップと、 次のリング型極異方性マグネットを前記軸センタに合わ
   せて支持するとともにその磁場配向が第２の磁気回路の
   漏れ磁束に倣うことによって前記第１の極位置とは所望
   の角度θだけずれた第２の極位置に磁極の位置出しを行
   なうサブステップと、 該次のリング型極異方性マグネットを前記軸センタ方向
   に移動させて、前記第１の極位置とは所望の角度θだけ
   ずれた前記第２の極位置にて回転子に装着し固定するサ
   ブステップと、を備えることを特徴とする請求項１に記
   載のサーボ・モータの製造方法。
7. 【請求項７】軸線方向に２個以上分割されたリング型極
   異方性マグネットを回転子とするサーボ・モータの製造
   装置であって、 各リング型極異方性マグネット毎に磁場配向（磁極）を
   利用して位置出しを行なう位置出し手段と、 位置出しされた各リング型極異方性マグネット同士を回
   転子に固定する組立て手段と、を具備することを特徴と
   するサーボ・モータの製造装置。
8. 【請求項８】前記の位置出し手段は、所望の極位置を持
   つ磁気回路を備え、その磁気回路に各リング型極異方性
   マグネットの磁極が倣うことにより磁極の位置出しを行
   なう、ことを特徴とする請求項７に記載のサーボ・モー
   タの製造装置。
9. 【請求項９】前記磁気回路は、所定の周方向に均等に配
   置された複数の磁石を備え、リング型極異方性マグネッ
   トの外周に沿って所望の極位置で吸引作用を及ぼすよう
   な波形及び磁束ピークを持つ磁束波形を生成する、こと
   を特徴とする請求項８に記載のサーボ・モータの製造装
   置。
10. 【請求項１０】前記の位置出し手段は、隣接するリング
    型極異方性マグネット間で所定の角度θだけずらして磁
    極の位置出しを行なう、ことを特徴とする請求項７に記
    載のサーボ・モータの製造装置。
11. 【請求項１１】前記所定の角度θは、リング型極異方性
    マグネットの磁極数と固定子側の鉄心のスロット数とに
    よって決まる回転子１回転当たりに発生するトルク・リ
    ップル数によって定まるコギング・トルクの半周期と各
    マグネット間の磁気干渉を考慮し算出した値に基づいて
    決定される、ことを特徴とする請求項７に記載のサーボ
    ・モータの製造装置。
12. 【請求項１２】軸線方向に２個以上分割されたリング型
    極異方性マグネットを回転子とするサーボ・モータの製
    造装置であって、 回転子を軸センタにて固定する手段と、 リング型極異方性マグネットを前記軸センタに合わせて
    支持するとともに第１の磁気回路の磁界による吸引作用
    により第１の極位置に磁極の位置出しを行なう手段と、 該リング型極異方性マグネットを前記軸センタ方向に移
    動させて、前記第１の極位置にて回転子に装着する手段
    と、 次のリング型極異方性マグネットを前記軸センタに合わ
    せて支持するとともに第２の磁気回路の漏れ磁束の吸引
    作用により前記第１の極位置とは所望の角度θだけずれ
    た第２の極位置に磁極の位置出しを行なう手段と、 該次のリング型極異方性マグネットを前記軸センタ方向
    に移動させて、前記第１の極位置とは所望の角度θだけ
    ずれた前記第２の極位置にて回転子に装着し固定する手
    段と、を備えることを特徴とするサーボ・モータの製造
    装置。