JP2005287181A - 永久磁石回転機、金型、磁場成形機及び永久磁石とその製造方法 - Google Patents
永久磁石回転機、金型、磁場成形機及び永久磁石とその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 回転子ヨーク及び該回転子ヨークの側面に張り付けられた複数個の永久磁石セグメントを含み、P極(Pは4以上の整数)の磁極をもつ回転子と、該回転子と同心円をなし、該回転子の外側に空隙を介して配置された、複数のスロットを有する鉄心に巻線を巻いた固定子とを含んでなる永久磁石回転機の横断面において、上記永久磁石セグメントの各々が、上記回転子の中心と各永久磁石セグメントの中心を結ぶ線を基準線として、該回転子の中心を回転の中心とし反時計回りを正として基準線から正方向の角度θの位置での容易磁化方向と基準線との成す角度αを、α=(180/P−90)°から0°の範囲に有し、基準線に対して対称となる容易磁化方向を有する永久磁石回転機等。
【選択図】 図3
Description
異方性焼結磁石としては、Baフェライト系、Srフェライト系などのフェライト磁石、Sm−Co系、Nd−Fe−B系などの希土類磁石が広く使用されているが、近年高性能磁石として希土類磁石の使用が急激に伸びている。これら異方性焼結磁石は、磁性を担っている各結晶粒の容易磁化方向をある一定の方向に揃えたものであり、そのため、結晶粒の容易磁化方向がばらばらの方向を向いている等方性磁石に比較して、その容易磁化方向に着磁されたときに残留磁束密度の値が大きく、したがって、最大エネルギー積を大きくすることができる。また、焼結磁石であるため、樹脂などで結合されたボンド磁石と比較して、非磁性物質の存在量が少ないため、残留磁束密度の値が大きくなり、最大エネルギー積を大きくできる。したがって、異方性焼結磁石が、同じ材料を用いた磁石の中で、一番大きな最大エネルギー積を得ることができるため、永久磁石材料として広く利用されている。
また、本発明は、弧が外部に向く外弧と弧が内部に向く内弧と両弧を結ぶ二本の線で構成されるC形状または外弧と三本の線で構成されるD形状を有し2の整数倍となる数のキャビティであって、(i)2個1組でキャビティの外弧同士が対称に接するように配置されたキャビティ、又は(ii)2個1組でキャビティの外弧側が磁性体片を挟んで対称に配置されたキャビティ、又は(iii)キャビティの外弧側に磁性体片が配置されたキャビティと、該キャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチとを備えてなる金型を提供する。
さらに、本発明は、この金型と、該金型を挟むように配置され該金型に一定方向の磁場を印加する少なくとも二つの磁石と、該金型のパンチに連動してキャビティを該磁場方向に対して垂直方向に圧縮するためのプレスとを含んでなる永久磁石磁場成形機を提供し、この金型に永久磁石粉を充填し、一定の磁場方向を有する磁場に、該磁場方向が該金型のC形断面またはD形断面の対向する二本線と略平行となるように該金型を配置し、該永久磁石粉末の容易磁化方向を配向させ、該磁場方向に対して垂直な方向に圧縮成形を行い、その後焼結する永久磁石の製造方法、及び永久磁石を提供する。
永久磁石回転機は、効率が高く制御性が良いことから、サーボモータを始めとする制御用モータに用いられている。例えば、ACサーボモータには、図1に示すようなラジアルエアギャップ形の永久磁石回転機が用いられている。図1に示した永久磁石回転機1は、回転子ヨーク2の表面に、C形の永久磁石3を貼り付けた回転子4と、空隙(ギャップ)5を介して配置された複数のスロットを有する固定子ヨークとティース6に巻かれたコイル7からなる固定子8とで構成されている。図1に示す永久磁石回転機の場合、永久磁石の極数は6、ティースの数は9であり、永久磁石内の矢印は永久磁石の磁化の方向を示している。また、コイルはティースに集中巻きで巻かれ、U相V相W相の3相のY結線がなされており、コイルの巻き数は1ティース当たり50ターンである。コイルのU+はU相コイルの巻き方向が手前、U−はU相コイルの巻き方向が奥であることを意味している。
また、本願の磁石は円弧端に行くほど磁化方向が基準線から傾いている。
この方法により、磁束分布の変化が大きな磁極の切り替わり部分である永久磁石端部での磁束分布が滑らかになり、コギングトルクを低減することができる。しかし、磁石体積が減る分、駆動トルクの低下も招いてしまう。目標の駆動トルクを得るために軸方向に長くしたり、外径を大きくしたりすると機器が大きくなってしまうため、機器を大きくしないためにも、偏心量をできるだけ少なくすることが好ましい。
また、上記角度θにおいて該回転子の中心から最遠となる各永久磁石セグメントの点と該中心との距離が、上記基準線上で上記回転子の中心から最遠となる各永久磁石セグメントの点と該中心との距離より小さく、該角度θが大きくなるにつれてより小さくなることが好ましい。これは、磁石端部の厚みが薄くなることで磁極の切り替わり部分の磁束分布が滑らかになるためである。
本発明の図7〜図10のキャビティはC形磁石の場合であり、D形の磁石であっても同様である。
キャビティ内に充填する磁石粉末の平均粒径は特に限定しないが、1〜20μmであることが好ましく、加圧磁場成形してさらに、磁石の組成のより適宜焼結温度を調整して、必要により時効処理し、焼結磁石を得るものである。
焼結温度は、磁石によって異なるが、フェライト系では1150〜1300℃、Sm−Co系では1100〜1250℃、Nd−Fe−B系は1000〜1100℃が好ましい。
2 回転子ヨーク
3 永久磁石
4 回転子
5 空隙(ギャップ)
6 ティース
7 コイル
8 固定子
11 回転子の中心
12 容易磁化方向
21 金型
22 非磁性ダイス
23 キャビティ
24 磁石粉
25 配向磁場
26 磁石
31 金型
32 磁性ダイス
33 キャビティ
34 磁石粉
35 配向磁場
41 金型
42 非磁性ダイス
43 キャビティ
44 磁石粉
45 配向磁場
47 磁性体片
51 金型
52 非磁性ダイス
53 キャビティ
54 磁石粉
55 配向磁場
57 磁性体片
101 回転子の中心
102 永久磁石
103 回転子ヨーク
104 容易磁化方向
111 金型
112 非磁性ダイス
113 キャビティ
114 磁石粉
115 配向磁場
116 磁石
121 金型
122 非磁性ダイス
123 キャビティ
124 磁石粉
125 配向磁場
131 金型
132 非磁性ダイス
133 キャビティ
134 磁石粉
135 配向磁場
a 永久磁石の頂点を結ぶ外半径
b 永久磁石の外半径
c 偏心量
d 回転ヨークの外半径
e 回転ヨークの内接円半径
Claims (10)
- 回転子ヨーク及び該回転子ヨークの側面に張り付けられた複数個の永久磁石セグメントを含み、P極(Pは4以上の整数)の磁極をもつ回転子と、
該回転子と同心円をなし、該回転子の外側に空隙を介して配置された、複数のスロットを有する鉄心に巻線を巻いた固定子と
を含んでなる永久磁石回転機であって、該永久磁石回転機の横断面において、
上記永久磁石セグメントの各々が、上記回転子の中心と各永久磁石セグメントの中心を結ぶ線を基準線として、該回転子の中心を回転の中心とし反時計回りを正として基準線から正方向の角度θの位置での容易磁化方向と基準線との成す角度αを、α=(180/P−90)°から0°の範囲に有し、基準線に対して対称となる容易磁化方向を有する永久磁石回転機。 - 上記角度θにおいて該回転子の中心から最遠となる各永久磁石セグメントの点と該中心との距離が、上記基準線上で上記回転子の中心から最遠となる各永久磁石セグメントの点と該中心との距離より小さく、該角度θが大きくなるにつれてより小さくなる請求項1に記載の永久磁石回転機。
- 弧が外部に向く外弧と弧が内部に向く内弧と両弧を結ぶ二本の線で構成されるC形断面形状または外弧と三本の線で構成されるD形断面形状を有し2の整数倍となる数のキャビティであって、2個1組でキャビティの外弧同士が対称に接するように配置されたキャビティと、該キャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチとを備えてなる金型。
- 弧が外部に向く外弧と弧が内部に向く内弧と両弧を結ぶ二本の線で構成されるC形断面形状または外弧と三本の線で構成されるD形断面系状を有し2の整数倍となる数のキャビティであって、2個1組でキャビティの外弧側が磁性体片を挟んで対称に配置されたキャビティと、該キャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチとを備えてなる金型。
- 弧が外部に向く外弧と弧が内部に向く内弧と両弧を結ぶ二本の線で構成されるC形断面状または外弧と三本の線で構成されるD形断面状を有し2の整数倍となる数のキャビティであって、キャビティの外弧側に磁性体片が配置されたキャビティと、該キャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチとを備えてなる金型。
- 上記ダイスと上記パンチが、非磁性または飽和磁化4πIsが12000ガウス以下の磁性を有する材料から構成される請求項3〜5のいずれかに記載の金型。
- 上記磁性体片が、上記ダイスまたは上記パンチの飽和磁化より大きい磁性を有する材料から構成される請求項3〜6のいずれかに記載の金型。
- 請求項3〜7のいずれかに記載の金型と、該金型を挟むように配置され該金型に一定方向の磁場を印加する少なくとも二つの磁石と、該金型のパンチに連動してキャビティを該磁場方向に対して垂直方向に圧縮するためのプレスとを含んでなる永久磁石磁場成形機。
- 請求項3〜7のいずれかに記載の金型に永久磁石粉を充填し、一定の磁場方向を有する磁場に、該磁場方向が該金型のC形断面またはD形断面の対向する二本線と略平行となるように該金型を配置し、該永久磁石粉末の容易磁化方向を配向させ、該磁場方向に対して垂直な方向に圧縮成形を行い、その後焼結する永久磁石の製造方法。
- 請求項9に記載の製造方法により得られる永久磁石。
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