JP2005137115A - 封止永久磁石体及びそれを用いた永久磁石回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属磁石等の錆びやすい永久磁石を金属包装体で気密に密封することで、永久磁石の錆防止を容易にかつ安価に実施可能な封止永久磁石体及びそれを用いた永久磁石回転子を提供する。
【解決手段】 磁気特性の異なる永久磁石２，３の組み合わせ体５を金属包装体１０で気密に密封した構造を有する。前記組み合わせ体５の一方の永久磁石２は他方の永久磁石３に比べて残留磁束密度が高く、他方の永久磁石３は前記一方の永久磁石２に比べて保磁力が高い磁気特性を有する。前記組み合わせ体５の永久磁石相互間を絶縁するとよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石を用いた電動機、発電機等の永久磁石回転電機に使用する封止永久磁石体及び永久磁石回転子に関する。

従来、永久磁石回転電機、例えば永久磁石モータ（サーボモータ、ＤＣブラシレスモータ等）に使用される永久磁石回転子の永久磁石は、高性能を出すために錆びやすい金属磁石を用いることが多い。その場合、従来は金属磁石表面に防錆用の金属めっきを施したりして防錆対策を実施している。この防錆処理された金属磁石は、ＳＰＭ（Surface
Permanent Magnet）タイプのモータにおいては回転子の表面に接着され、ＩＰＭ（Inner Permanent Magnet）タイプでは回転子に設けられた穴に挿入される。

公知文献としては、下記特許文献１があり、回転子に設けられた穴に複数個の永久磁石片を挿入する際に、非磁性材からなるケースに複数個の永久磁石を収容したユニットを用いることが開示されている。

特開２００１−１６８０８号公報

永久磁石モータの高性能化つまり回転数が増加するにつれて、永久磁石に加わる逆磁界の強度が増加し、またモータ自体も発熱で温度上昇するため、永久磁石周囲の環境はより過酷な状況となる。そして、ある一定の過酷な状況以上となると永久磁石は熱や逆磁界の影響によって減磁し、モータ特性を劣化させることとなる。従って、使用される温度等を考慮して、耐熱性のある永久磁石を選定しなければならない。しかしながら、現在、永久磁石モータに使用されている金属磁石（希土類磁石）は、残留磁束密度と耐熱性が反比例の関係を有している。つまり、より高性能なモータを作製する際に残留磁束密度の高い永久磁石を使用すべきであるが、耐熱性を考慮して耐熱性が高い磁石体（残留磁束密度が低い）を選定せざるをえない。

本発明者らは、永久磁石回転子を用いたモータの高回転テスト等によって減磁した永久磁石を解析したところ、図８に示すように、永久磁石の一部のみが減磁していることが分かった。つまり、逆磁界がとくに強く加わる領域が減磁している。

そこで、本発明は、磁気特性の異なる永久磁石の組み合わせ体を金属包装体で気密に密封する構成とすることにより、最も逆磁界の影響のある部分へ高保磁力の永久磁石を配置可能とし、永久磁石回転子を用いるモータの高性能化を図り得る封止永久磁石体及びそれを用いた永久磁石回転子を提供することを目的とする。

また、本発明は、金属磁石等の錆びやすい永久磁石を金属包装体で気密に密封することで、永久磁石の錆防止を容易にかつ安価に実施可能な封止永久磁石体及びそれを用いた永久磁石回転子を提供することをもう一つの目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本願請求項１の発明に係る封止永久磁石体は、磁気特性の異なる永久磁石の組み合わせ体を金属包装体で気密に密封したことを特徴としている。

本願請求項２の発明に係る封止永久磁石体は、請求項１において、前記組み合わせ体の一方の永久磁石は他方の永久磁石に比べて残留磁束密度が高く、他方の永久磁石は前記一方の永久磁石に比べて保磁力が高い磁気特性を有することを特徴としている。

本願請求項３の発明に係る封止永久磁石体は、請求項１又は２において、前記組み合わせ体の永久磁石相互間を絶縁したことを特徴としている。

本願請求項４の発明に係る封止永久磁石体は、請求項１，２又は３において、前記永久磁石の少なくともいずれかが防錆処理前の希土類永久磁石であることを特徴としている。

本願請求項５の発明に係る封止永久磁石体は、請求項１，２，３又は４において、前記金属包装体は、前記組み合わせ体を収納する金属ケースの開口部に、蓋体をろう付け又は溶接するか、あるいは弾性シール材を介して固着してなることを特徴としている。

本願請求項６の発明に係る封止永久磁石体は、請求項１，２，３，４又は５において、前記金属包装体の外表面に弾性を持つ第１の凸部を形成してなることを特徴としている。

本願請求項７の発明に係る封止永久磁石体は、請求項１，２，３，４，５又は６において、前記金属包装体の内側に前記組み合わせ体に圧接する第２の凸部を形成してなることを特徴としている。

本願請求項８の発明に係る封止永久磁石体は、請求項５において、前記金属ケースは底面側から前記開口部に向かって大きくなるようにテーパーが形成されていることを特徴としている。

本願請求項９の発明に係る永久磁石回転子は、請求項１，２，３，４，５，６，７又は８のいずれかに記載の封止永久磁石体を、磁石保持体の磁石収納部に配設したことを特徴としている。

本願請求項１０の発明に係る永久磁石回転子は、請求項２記載の封止永久磁石体を、磁石保持体の磁石収納部に配設するとともに、逆磁界の強い領域に前記組み合わせ体のうちの高保磁力の永久磁石が位置するようにしたことを特徴としている。

本願請求項１１の発明に係る永久磁石回転子は、請求項６記載の封止永久磁石体を、磁石保持体の磁石収納部に嵌入し、前記第１の凸部を前記磁石収納部内面に圧接させて前記磁石保持体に固定したことを特徴としている。

本願請求項１２の発明に係る永久磁石回転子は、請求項９，１０又は１１において、前記磁石収納部がテーパー付きの穴又は凹部であることを特徴としている。

本発明によれば、磁気特性の異なる永久磁石の組み合わせ体を金属包装体で気密に密封した封止永久磁石体を使用することで、永久磁石に加わる磁界、発熱に対応させて所望の特性の永久磁石を複数個組み合わせて配置することができ、逆磁界や発熱の少ない部分には従来より高磁束密度の永久磁石を用いることができ、モータの高特性化が図れる。また、異なる磁気特性の永久磁石を複数個組み合わせることで、モータ構造によって発熱箇所が違っても対応可能である。さらに、永久磁石に防錆処理を施さなくとも良いため、低コスト化が可能であり、永久磁石自体のリサイクルが実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、封止永久磁石体及びそれを用いた永久磁石回転子の実施の形態を図面に従って説明する。

図１乃至図４を用いて本発明の実施の形態１を説明する。図１乃至図３に示すように、封止永久磁石体１は、磁気特性の異なるＮｄＦｅＢ系、ＳｍＣｏ系等の希土類系金属磁石２，３の組み合わせ体５を、金属包装体１０に収納して気密に密封した構造である。各金属磁石２，３としては、防錆処理前のものを用いる。

希土類系金属磁石２，３の組み合わせ体５の一例を示すと、広い領域を成す金属磁石２として高残留磁束密度のＮｄＦｅＢ系永久磁石（残留磁束密度：Ｂｒ＝１３５０ｍＴ、保磁力：Ｈｃｊ＝１３６０ｋＡ／ｍ）を用い、逆磁界が強く加わる領域に対応する金属磁石３として高保磁力のＮｄＦｅＢ系永久磁石（残留磁束密度：Ｂｒ＝１２００ｍＴ、保磁力：Ｈｃｊ＝２３９０ｋＡ／ｍ）を用いることができる。

また、希土類系金属磁石２，３の組み合わせ体５のもう一つの例を示すと、広い領域を成す金属磁石２として高残留磁束密度のＮｄＦｅＢ系永久磁石（残留磁束密度：Ｂｒ＝１３５０ｍＴ、保磁力：Ｈｃｊ＝１３６０ｋＡ／ｍ）を用い、逆磁界が強く加わる領域に対応する金属磁石３として高保磁力のＳｍ_２Ｃｏ_１７系永久磁石（残留磁束密度：Ｂｒ＝１１１０ｍＴ、保磁力：Ｈｃｊ＝１６００ｋＡ／ｍ）を用いることができる。

前記組み合わせ体５を構成する防錆処理前の金属磁石２，３は熱硬化性絶縁樹脂、嫌気性接着剤等の絶縁物質で互いに絶縁隔離されており、後述する永久磁石回転子に使用した際の渦電流を低減して、渦電流損失を少なくした構成とする。

前記金属包装体１０は、具体的には、一端が閉じ他端が開口となった延性、弾性を持つ金属ケース１１内に金属磁石２，３の組み合わせ体５を収納し、当該ケース１１の開口部に、金属蓋体１５を嵌合し、さらに金属ケース１１と蓋体１５との接合部Ｐをろう付けで気密に密閉したものである。金属包装体１０は磁性体又は非磁性体のいずれでもよいが、非磁性体の方が好ましく、例えばステンレス材が用いられる。一端が閉じた金属ケース１１は例えば深絞り加工で容易に形成でき、さらにプレス加工等で弾性力を発揮できる凸部２１（例えば長手方向に伸びた突条）を側面の外側に数カ所形成し、また、金属ケース１１の内側面に金属磁石２，３の組み合わせ体５のがたつきを防止するための押さえ凸部２２を同様に弾性力を発揮できるように形成してある。従って、金属ケース１１の内形（内法）寸法と金属磁石２，３の組み合わせ体５の外形寸法に多少差があっても、金属ケース１１内に収納された組み合わせ体５に押さえ凸部２２が圧接することで、組み合わせ体５のがたつきを防止することができる。

図４は図１乃至図３の封止永久磁石体１を用いた永久磁石回転子であり、円柱状又は円環状磁石保持体３０の外周面寄り位置に軸方向に複数形成された通し穴又は凹部からなる磁石収納部３１内に封止永久磁石体１をそれぞれ嵌入（圧入）して配設したものである。その際、金属包装体１０はがたつきを無くすスペーサとして機能し、金属包装体１０に形成した弾性を持つ凸部２１は磁石収納部３１の穴又は凹部内面に圧接することで磁石保持体３０に封止永久磁石体１を固定する働きをする。

図４の場合、封止永久磁石体１の外形は板状体であり、これに対応させて磁石収納部３１も断面が方形の穴又は凹部となっている。また、金属磁石２，３の組み合わせ体５の各金属磁石２，３は厚み方向に着磁されており（両磁石共に着磁方向は同じ）、板状体の幅広面の片側面にＮ極又はＳ極、反対側面にＳ極又はＮ極が形成されている。磁石保持体３０の中心には回転子軸３２が一体化されている。なお、封止永久磁石体１は平板状に限定されず、断面が円弧状となるように湾曲した板状体であってもよい。

前述したように、組み合わせ体５の金属磁石２，３の磁気特性は互いに異なっているが、図４の永久磁石回転子に用いたときに、印加される逆磁界の強い領域に高保磁力の永久磁石、つまり金属磁石３が位置するように設定する。

この実施の形態１によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 封止永久磁石体１は、磁気特性の異なる希土類系金属磁石２，３を組み合わせて金属包装体１０内に収納してあり、永久磁石回転子を有するモータの構造において、最も熱と逆磁界の影響のある部分へ耐熱性及び保磁力の高い永久磁石（本例では金属磁石３）を配置することができ、熱及び逆磁界による減磁現象を回避できる。こうすることで、前述の部分以外は高磁束密度を有する永久磁石（本例では金属磁石２）を使用でき、モータの高性能化を実現できる。また、モータ構造によって発熱箇所が違っても対応可能である。

(2) 金属包装体１０内の各金属磁石２，３を相互に絶縁性物質で絶縁隔離しておくことで、永久磁石回転子として使用時の渦電流を低減でき、渦電流損失を少なくできる。

(3) 金属包装体１０は、希土類系金属磁石２，３を気密にシーリングすることで錆防止機能を果たすことができ、メッキ等の防錆用表面コートは不要で、防錆処理前の金属磁石を使用でき、磁石自体の防錆処理が不要となるので磁石が大型の場合でも安価に製造可能であり、ひいては、安価に永久磁石回転子を作製できる。

(4) 従来、永久磁石を回転子側の磁石保持体の穴に圧入すると割れや欠けが発生しやすいが、本実施の形態の封止永久磁石体１であれば、そのような問題は発生しない。また、従来は永久磁石の固定用にスペーサ等の部材が必要であったが、そのスペーサ等の部材の働きを前記封止永久磁石体１の金属包装体１０で行うことで部品点数を減らし、安価で組立容易な永久磁石回転子を提供できる。さらに、金属包装体１０の外側表面に弾性を持つ凸部２１をプレス成形等で形成しておくことで、凸部２１の金属弾性力を用いて封止永久磁石体１を回転子側の磁石保持体３０に確実に固定できる。

(5) 封止永久磁石体１の金属磁石２，３はメッキ等の表面処理が施されていないため、金属包装体１０を廃棄して取り出すことで、容易に再利用可能である。

図５及び図６は本発明の実施の形態２であって、永久磁石回転子に使用できる封止永久磁石体１Ａを示す。この封止永久磁石体１Ａも希土類系金属磁石２，３の組み合わせ体５を金属包装体１０で気密に密封した構造であるが、図５の拡大部分からわかるように金属包装体１０は一端が閉じた金属ケース１１の開口部に蓋体１５を嵌合する際に、金属ケース１１と蓋体１５との接合部にゴムパッキン等の弾性シール材１６を介在させてから、蓋体１５を金属ケース１１に嵌合し、さらに金属ケース１１の開口縁をかしめている。この場合、金属ケース１１と蓋体１５との接合部の気密封止は弾性シール材１６で確保している。その他の構成、作用効果は前述の実施の形態１の封止永久磁石体１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２に示した封止永久磁石体１Ａは、ろう付け不要であるため、製造コストの点で有利である。

図７は本発明の実施の形態３であって、テーパー付き外形を有する封止永久磁石体１Ｂを用いる場合を示す。この場合、金属包装体１０は金属ケース１１と金属蓋体１５とを気密に接合したものであるが、金属ケース１１は底面側から前記開口部に向かって大きくなるように（底面積よりも開口部面積が大きくなるように）テーパーが形成されている。このようなテーパーは金属板の絞り加工で金属ケースを作製する場合に容易に形成できる。

また、回転子側の磁石保持体３０に形成された磁石収納部３１もテーパー付けの通し穴又は凹部となっており、封止永久磁石体１Ｂを挿入する側の開口部に向かって内形（内法）寸法が広がっている。

この場合、磁石保持体３０における磁石収納部３１の広い方の開口部に対して、封止永久磁石体１Ｂの細い側（金属ケース底面側）から嵌入（圧入）することで、円滑な封止永久磁石体１Ｂの挿入、配置が可能となる。また、封止永久磁石体１Ｂ側の金属ケース１１及び回転子側の磁石収納部３１の両方にテーパーを付けることで、抜け防止を図り、接着剤を使用せずに回転子側、つまり磁石保持体３０に固定できる。

なお、その他の構成、作用効果は前述した実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

上記各実施の形態では、複数の磁気特性の異なる永久磁石の組み合わせ体として、複数の希土類系金属磁石の組み合わせを例示したが、鋳造磁石（鉄合金系）、焼結磁石（フェライト系や希土類系等）、ボンド磁石（鉄合金系、フェライト系、希土類系等）のいずれかを複数個組合せた構成としても差し支えない。但し、金属包装体で気密に封止して防錆対策を同時に図れる構造であることから、錆対策がとくに必要な希土類系の磁石を少なくとも一つ含む場合に本発明は特に有効であると言える。

また、実施の形態１では、金属包装体を、金属ケースと金属蓋体とのろう付けで接合して気密封止したが、金属ケースと金属蓋体とを溶接で接合して気密封止する構成でもよい。

また、図４の永久磁石回転子は、固定子の内側を回転する構造であるが、固定子の外側を回転する永久磁石回転子（円環状構造）にも本発明は適用可能である。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明の実施の形態１であって、封止永久磁石体の一部を断面とした分解正面図である。 同じく封止永久磁石体の一部を断面とした正面図である。 同平面図である。 前記封止永久磁石体を用いた永久磁石回転子を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２であって、封止永久磁石体の一部を断面とした正面図である。 同側断面図である。 本発明の実施の形態３であって、テーパー付き封止永久磁石体及び回転子側の磁石保持体を示す正面図である。 永久磁石回転子に用いた従来の永久磁石の減磁領域を示す説明図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 封止永久磁石体
２，３ 希土類系金属磁石
５ 組み合わせ体
１０ 金属包装体
１１ 金属ケース
１５ 金属蓋体
１６ 弾性シール材
２１，２２ 凸部
３０ 磁石保持体
３１ 磁石収納部
３２ 回転子軸

Claims (12)

1. 磁気特性の異なる永久磁石の組み合わせ体を金属包装体で気密に密封したことを特徴とする封止永久磁石体。
2. 前記組み合わせ体の一方の永久磁石は他方の永久磁石に比べて残留磁束密度が高く、他方の永久磁石は前記一方の永久磁石に比べて保磁力が高い磁気特性を有する請求項１記載の封止永久磁石体。
3. 前記組み合わせ体の永久磁石相互間を絶縁した請求項１又は２記載の封止永久磁石体。
4. 前記永久磁石の少なくともいずれかが防錆処理前の希土類永久磁石である請求項１，２又は３記載の封止永久磁石体。
5. 前記金属包装体は、前記組み合わせ体を収納する金属ケースの開口部に、蓋体をろう付け又は溶接するか、あるいは弾性シール材を介して固着してなる請求項１，２，３又は４記載の封止永久磁石体。
6. 前記金属包装体の外表面に弾性を持つ第１の凸部を形成してなる請求項１，２，３，４又は５記載の封止永久磁石体。
7. 前記金属包装体の内側に前記組み合わせ体に圧接する第２の凸部を形成してなる請求項１，２，３，４，５又は６記載の封止永久磁石体。
8. 前記金属ケースは底面側から前記開口部に向かって大きくなるようにテーパーが形成されている請求項５記載の封止永久磁石体。
9. 請求項１，２，３，４，５，６，７又は８のいずれかに記載の封止永久磁石体を、磁石保持体の磁石収納部に配設したことを特徴とする永久磁石回転子。
10. 請求項２記載の封止永久磁石体を、磁石保持体の磁石収納部に配設するとともに、逆磁界の強い領域に前記組み合わせ体のうちの高保磁力の永久磁石が位置するようにしたことを特徴とする永久磁石回転子。
11. 請求項６記載の封止永久磁石体を、磁石保持体の磁石収納部に嵌入し、前記第１の凸部を前記磁石収納部内面に圧接させて前記磁石保持体に固定したことを特徴とする永久磁石回転子。
12. 前記磁石収納部がテーパー付きの穴又は凹部である請求項９，１０又は１１記載の永久磁石回転子。

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