JP2006311661A - Four-pole dc brush motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、4極DCブラシモータに関する。特に、永久磁石に異方性希土類ボンド磁石を用い、小型化、高トルク化を可能にした4極DCブラシモータに関するものである。本発明は、例えば、1W〜200W又は300Wクラスで、モータ外径が50mm以下の小型DCブラシモータ装置とするとき、高い効果を奏するものである。特に、用途を限定するものではないが、小型及び軽量化が必須の自動車に搭載される設備の駆動源として用いると、その効果を十分に発揮するものである。 The present invention relates to a 4-pole DC brush motor. In particular, the present invention relates to a 4-pole DC brush motor that uses an anisotropic rare-earth bonded magnet as a permanent magnet and can be reduced in size and torque. For example, the present invention is highly effective when a small DC brush motor device having a motor outer diameter of 50 mm or less in the 1 W to 200 W or 300 W class is provided. Although the application is not particularly limited, the effect is sufficiently exhibited when used as a drive source for equipment mounted on an automobile in which miniaturization and weight reduction are essential.
異方性希土類ボンド磁石を用いた4極DCブラシモータとして、特許文献1に記載のモータが知られている。そのモータでは、ボンド磁石を筐体に圧入して、異方性希土類ボンド磁石の内周面の表面に樹脂被覆層を形成している。
したがって、ロータコアと異方性希土類ボンド磁石の内周面との間の間隙は、0.8mm以上となり、その間隙に、磁性体ではない樹脂被膜が存在するために、異方性希土類ボンド磁石の磁束が有効にロータコアに流れないという問題がある。
すなわち、異方性希土類ボンド磁石の強大な磁力が、モータトルクに有効に使用されないという問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、モータにおいて、異方性希土類ボンド磁石の磁力を有効に使用して、トルク性能を向上させることである。
Therefore, the gap between the rotor core and the inner peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet is 0.8 mm or more, and since there is a resin film that is not a magnetic material in the gap, the anisotropic rare earth bonded magnet There is a problem that the magnetic flux does not effectively flow to the rotor core.
That is, there is a problem that the strong magnetic force of the anisotropic rare earth bonded magnet is not effectively used for the motor torque.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to improve torque performance by effectively using the magnetic force of an anisotropic rare earth bonded magnet in a motor.
請求項1の発明は、モータの筐体内周部に配置した永久磁石を有したDCブラシモータにおいて、永久磁石は厚さが0.5mm以上1.3mm以下の中空円筒状の4極の異方性希土類ボンド磁石であり、異方性希土類ボンド磁石の弾性力と筐体の弾性力とにより、異方性希土類ボンド磁石の外周面は筐体の内周面と、直接、圧接され、異方性希土類ボンド磁石の内周面には被膜層がなく、その内周面とロータのコアの外周面との間隔が0.05mm以上0.4mm以下としたことを特徴とする4極DCブラシモータである。 The invention of claim 1 is a DC brush motor having a permanent magnet disposed on the inner peripheral portion of the casing of the motor, wherein the permanent magnet is a hollow cylindrical four-pole anisotropic having a thickness of 0.5 mm to 1.3 mm. An anisotropic rare earth bonded magnet, the anisotropic rare earth bonded magnet and the elastic force of the casing make the anisotropic outer surface of the anisotropic rare earth bonded magnet directly in pressure contact with the inner peripheral surface of the casing. 4-pole DC brush motor characterized in that there is no coating layer on the inner peripheral surface of the conductive rare earth bonded magnet, and the distance between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the core of the rotor is 0.05 mm or more and 0.4 mm or less It is.
また、請求項2の発明は、異方性希土類ボンド磁石は筐体の内周面に圧入することにより、異方性希土類ボンド磁石の外周面が筐体の内周面と直接、圧接されていることを特徴とする請求項1に記載の4極DCブラシモータである。 In the invention of claim 2, the anisotropic rare earth bonded magnet is press-fitted into the inner peripheral surface of the casing, so that the outer peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet is directly pressed against the inner peripheral surface of the casing. It is a 4 pole DC brush motor of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
また、請求項3の発明は、永久磁石は厚さが0.7mm以上1.2mm以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の4極DCブラシモータである。
また、請求項4の発明は、異方性希土類ボンド磁石の内周面とロータのコアの外周面との間隔は、0.2mm以上0.4mm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の4極DCブラシモータである。
The invention according to claim 3 is the four-pole DC brush motor according to claim 1 or 2, wherein the permanent magnet has a thickness of 0.7 mm or more and 1.2 mm or less.
According to a fourth aspect of the present invention, the distance between the inner peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet and the outer peripheral surface of the rotor core is 0.2 mm or more and 0.4 mm or less. It is a 4-pole DC brush motor of any one of Claim 3.
請求項1の発明では、ロータコアと異方性希土類ボンド磁石の内周面との間隔を0.05mm以上0.4mm以下とし、異方性希土類ボンド磁石の弾性力と筐体の弾性力とにより、異方性希土類ボンド磁石の外周面は筐体の内周面と、直接、圧接され、その内周面には樹脂被膜層が存在しないために、磁気回路の磁気抵抗を非常に小さくできるので、異方性希土類ボンド磁石の強大な磁力線がモータコアに効果的に供給される。ロータコアと磁石の間隙を小さくするためには、磁石の外径公差Aとモータケースの内径公差Bとを小さくする必要がある。これは、従来技術のように磁石を筐体の内周面に接着剤で固定する場合、接着剤層の交差Cが上乗せされ全公差はA+B+Cとなる。公差が大きくなるため、間隙を小さくすると磁石がロータコアに接触する可能性がある。しかし、異方性希土類ボンド磁石を筐体の内周面に圧接すると、接着剤の交差Cが排除され、全公差は、A+Bとなるが、実際は、異方性希土類ボンド磁石は、筐体の内周面になぞってしまうため、全公差は、A’+B(ただし、A’<A)となり、単なる公差の和A+Bよりも小さくなる。全公差を小さくできることから、異方性希土類ボンド磁石とロータコアとが接触しないために必要な間隙の最小値を小さくすることができる。この結果、モータトルクが向上する。また、異方性希土類ボンド磁石の厚さを0.5mm以上1.3mm以下とすることで、性能指標であるモータトルク/磁石容積、又は、モータトルク/モータ容積を向上させることができる。 In the first aspect of the invention, the distance between the rotor core and the inner peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet is set to 0.05 mm or more and 0.4 mm or less, and the elastic force of the anisotropic rare earth bonded magnet and the elastic force of the casing are used. The outer peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet is in direct pressure contact with the inner peripheral surface of the housing, and since there is no resin coating layer on the inner peripheral surface, the magnetic resistance of the magnetic circuit can be made very small. The powerful magnetic field lines of the anisotropic rare earth bonded magnet are effectively supplied to the motor core. In order to reduce the gap between the rotor core and the magnet, it is necessary to reduce the outer diameter tolerance A of the magnet and the inner diameter tolerance B of the motor case. This is because when the magnet is fixed to the inner peripheral surface of the casing with an adhesive as in the prior art, the intersection C of the adhesive layer is added and the total tolerance is A + B + C. Since the tolerance increases, the magnet may come into contact with the rotor core if the gap is reduced. However, when the anisotropic rare earth bonded magnet is pressed against the inner peripheral surface of the casing, the crossing C of the adhesive is eliminated, and the total tolerance is A + B. Since it traces to the inner peripheral surface, the total tolerance is A ′ + B (where A ′ <A), which is smaller than the mere tolerance sum A + B. Since the total tolerance can be reduced, the minimum value of the gap necessary for preventing the anisotropic rare earth bonded magnet and the rotor core from contacting each other can be reduced. As a result, the motor torque is improved. Further, by setting the thickness of the anisotropic rare earth bonded magnet to 0.5 mm or more and 1.3 mm or less, the motor torque / magnet volume or the motor torque / motor volume which is a performance index can be improved.
また、請求項2の発明では、異方性希土類ボンド磁石は筐体の内周面に圧入することにより、異方性希土類ボンド磁石の外周面が筐体の内周面と直接、圧接されていることを特徴とする。圧接方法としては、設備面、技術面、信頼性の観点から圧入が最も容易な方法である。この結果、磁気回路の磁気抵抗を極力小さくすることができるので、モータトルクを向上させ、性能指標であるモータトルク/磁石容積、又は、モータトルク/モータ容積を向上させることができる。以上の理由から、圧入によりロータコアと異方性希土類ボンド磁石の間隙を小さくでき、磁気回路の磁気抵抗を極力小さくできる。 In the invention of claim 2, the anisotropic rare earth bonded magnet is press-fitted into the inner peripheral surface of the casing, so that the outer peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet is directly pressed against the inner peripheral surface of the casing. It is characterized by being. As the press contact method, press fitting is the easiest method from the viewpoint of equipment, technology, and reliability. As a result, since the magnetic resistance of the magnetic circuit can be minimized, the motor torque can be improved, and the motor torque / magnet volume or the motor torque / motor volume, which is a performance index, can be improved. For the above reasons, the gap between the rotor core and the anisotropic rare earth bonded magnet can be reduced by press fitting, and the magnetic resistance of the magnetic circuit can be reduced as much as possible.
また、請求項3の発明では、永久磁石は厚さが0.7mm以上1.2mm以下とすることで、さらに、性能指標であるモータトルク/磁石容積を向上させることができる。
また、請求項4の発明では、異方性希土類ボンド磁石の内周面とロータのコアの外周面との間隔を、0.2mm以上0.4mm以下とすることで、さらに、磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができ、モータトルクを向上させることができる。
In the third aspect of the invention, the permanent magnet has a thickness of 0.7 mm or more and 1.2 mm or less, so that the motor torque / magnet volume as a performance index can be further improved.
According to the invention of claim 4, the distance between the inner peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet and the outer peripheral surface of the core of the rotor is set to 0.2 mm or more and 0.4 mm or less, so that the magnetism of the magnetic circuit is further increased. The resistance can be reduced, and the motor torque can be improved.
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
図1(a)、(b)に本実施例のモータの1例を示す。図は、側面図(a)とAA’断面図(b)である。本実施例のモータ装置は、従来のモータ装置の小型化及び高トルク定数化を目的としている。本実施例のモータ装置は、筐体12、筐体12の内周部に設けられた中空円筒形状の永久磁石である異方性希土類ボンド磁石13、中央部に設けられたロータコアを形成するロータコア14、ロータコア14に旋巻されたコイル15、ロータコア14中心部から延出された回転軸11、そして磁束漏れ防止のためのバックヨーク10から構成される。なお、異方性希土類ボンド磁石13には、最大エネルギー積が14MGOe(111KJ/m3 )以上を用いることにより、その最大エネルギー積が大きいために、本発明を用いた場合における磁気回路の磁気抵抗の減少効果により、モータの性能向上が大きくなる。異方性希土類ボンド磁石13は4極に磁化されており、ロータコア14において巻線が配置されるスロットは10個である。尚、モータ筐体16は筐体12とバックヨーク10とを合わせた概念として使用している。バックヨーク10は必ずしも必要ではなく、筐体12だけでモータ筐体を構成しても良い。
FIGS. 1A and 1B show an example of the motor of this embodiment. The figures are a side view (a) and a cross-sectional view AA ′ (b). The motor device of the present embodiment is intended to reduce the size and increase the torque constant of the conventional motor device. The motor device of the present embodiment includes a
尚、上記異方性希土類ボンド磁石13は、出願人により、近年ようやく量産化が可能となったものである。例えば、この異方性希土類ボンド磁石13は、特開2001−76917号公報、特許第2816668号公報、特許第3060104号公報、及び国際特許出願PCT/JP03/04532の製造方法で製造される。この異方性希土類ボンド磁石は、最大エネルギー積17MGOe〜28MGOe(135KJ/m3 〜223KJ/m3 )のものを、現在、製造することができる。
The anisotropic rare earth bonded
本実施例のモータ装置(図1(a)、(b))は、Nd−Fe−Bからなる薄型中空円筒状の異方性希土類ボンド磁石13を採用している。又、その着磁を4極として1極当たりの磁気回路の磁路長を大幅に低減し、ロータコア14の受けるトルクの増大を図っている。異方性希土類ボンド磁石13は、Nd−Fe−Bからなる磁粉を樹脂成型することにより製造され、径方向に強く磁化された磁石である。異方性希土類ボンド磁石の材料は、Nd−Fe−Bの他、Nd−Fe−B系材料、例えばNdとNdの他の希土類元素を含んだり、その他の添加元素を含んだ材料を用いることができる。更に、Nd以外の希土類元素を含んだ材料、例えば、Sm−Fe−N系材料、SmCo系材料、または、Nd−Fe−B系材料とこれらの混合物質を用いることができる。
The motor device of the present embodiment (FIGS. 1A and 1B) employs a thin hollow cylindrical anisotropic rare earth bonded
特に、異方性希土類ボンド磁石13は、イットリウム(Y)を含む希土類元素(以下、「R1」と称する。)と鉄(Fe)とホウ素(B)とを主成分とするR1FeB系合金に水素化処理を施して得られた平均粒径が50〜400μmであるR1FeB系異方性磁石粉末とこのR1FeB系異方性磁石粉末の構成粒子の表面を被覆する第一界面活性剤とからなるR1FeB系粗粉末が50〜84質量%(mass%)と、Yを含む希土類元素(以下、「R2」と称する。)とFeと窒素(N)またはBとを主成分とする平均粒径が1〜10μmであるR2Fe(N、B)系異方性磁石粉末とこのR2Fe(N、B)系異方性磁石粉末の構成粒子の表面を被覆する第2界面活性剤とからなるR2Fe(N、B)系微粉末が15〜40mass%と、バインダーである樹脂が1〜10mass%、とからなり、最大磁気エネルギー積(BH)max が21MGOe〜28MGOe(167〜223KJ/m3 )であり、100℃で1000時間経過後に再着磁して得られる磁束の減少割合を示す永久減磁率が6%以下である複合異方性希土類ボンド磁石を用いることが好ましい。尚、この複合異方性希土類ボンド磁石の製造方法は、国際特許出願PCT/JP03/04532に記載されている。
In particular, the anisotropic rare earth bonded
R1FeB系異方性磁石粉末の1つの具体例は、NdFeB系異方性磁石粉末であり、R2Fe(N、B)系異方性磁石粉末の1つの具体例は、SmFeN系異方性磁石粉末である。このような複合異方性希土類ボンド磁石を用いることにより、高い最大エネルギー積(BH)max を21MGOe〜28MGOe(167〜223KJ/m3 )のものを得ることができる。また、上記の複合異方性希土類ボンド磁石は経年変化により減磁される割合である永久減磁率を6%以下とすることができ、耐熱性や耐酸化性などの耐候性を向上させることができる。この結果、これらの複合異方性希土類ボンド磁石を用いたモータは、本件発明の効果をより高く達成することが可能となり、信頼性や寿命を長期化することが可能となる。 One specific example of the R1FeB-based anisotropic magnet powder is NdFeB-based anisotropic magnet powder, and one specific example of the R2Fe (N, B) -based anisotropic magnet powder is SmFeN-based anisotropic magnet powder. It is. By using such a composite anisotropic rare earth bonded magnet, a material having a high maximum energy product (BH) max of 21 MGOe to 28 MGOe (167 to 223 KJ / m 3 ) can be obtained. In addition, the composite anisotropic rare earth bonded magnet can have a permanent demagnetization rate of 6% or less, which is a rate of demagnetization due to secular change, and can improve weather resistance such as heat resistance and oxidation resistance. it can. As a result, the motor using these composite anisotropic rare earth bonded magnets can achieve the effect of the present invention higher, and can extend the reliability and life.
又、異方性希土類ボンド磁石はプラスチック磁石とも言われる。この磁石は、従来の焼結フェライト磁石と比較して最大エネルギー積(BH)max が約5倍以上となる特徴がある。即ち、標準的な焼結フェライト磁石23の最大エネルギー積(BH)max が3.5MGOe (28KJ/m3 )に対して、この異方性希土類ボンド磁石は、その約5倍の17MGOe(135KJ/m3 )以上の最大エネルギー積を有する。 An anisotropic rare earth bonded magnet is also called a plastic magnet. This magnet is characterized in that the maximum energy product (BH) max is about 5 times or more compared to a conventional sintered ferrite magnet. That is, the maximum energy product (BH) max of the standard sintered ferrite magnet 23 is 3.5 MGOe (28 KJ / m 3 ). m 3 ) having a maximum energy product of at least.
異方性希土類ボンド磁石13における樹脂の重量割合は、2wt%以上3.5wt%以下の範囲とした。配向成型方法には、次の4通りがある。第1は、異方性磁石粉末と樹脂とを金型に供給し加熱した状態で磁場を印加して配向させて圧縮成形する方法である。第2は、異方性磁石粉末と樹脂とを金型に供給し加熱した状態で磁場を印加して配向させて予備成型体を形成し、その後に高圧圧縮成型する方法である。第3は、常温で、異方性磁石粉末と樹脂とを金型に供給して圧縮成形して予々備成形体を形成して、更に加熱して磁場を印加して配向させ軽圧圧縮成形して予備成形体を作成し、その後、加熱して高圧圧縮成形する方法である。第4は、常温で、異方性磁石粉末と樹脂を金型に供給して圧縮成形して予々備成形体を形成して、さらに加熱して磁場を印加して配向させて軽圧圧縮成形する方法である。十分な流動性と熱硬化特性を得るには、エポキシ系樹脂の使用が望ましい。勿論他の公知の熱硬化性樹脂でも良い。異方性希土類ボンド磁石13の樹脂は、加熱磁場中成形時に流動性が高く熱硬化する熱硬化性樹脂が用いられる。具体的には、ビスフェノールA型、多環能型のエポキシ系樹脂が用いられる。
The weight ratio of the resin in the anisotropic rare earth bonded
この成形体をキュアー処理して、樹脂の硬化度を90〜100%まで向上させた。これにより、磁粉と樹脂、樹脂と樹脂との間の結合を高めた。次に、この円筒状の成形体を、図3に示すように、圧入シリンダ30の位置決め凸リング32を有するピストン31に挿入して、硬化後の異方性希土類ボンド磁石13の成形体をガラス転移点温度以下の温度で加熱した。凸リング32によりピストン31における異方性希土類ボンド磁石13の位置が決定される。この加熱により、磁粉と樹脂、樹脂と樹脂との間の結合を切ることなく、材質強度を下げる、すなわち、硬化させた樹脂をガラス状領域からゴム状領域に近づけることにより、異方性希土類ボンド磁石13を筐体12に圧入する時に異方性希土類ボンド磁石に応力がかかるのを低減して機械的強度を保持した。この状態で、圧入シリンダ30を駆動して、図3に示すように、ピストン31の先端が筐体先端部に当接する状態とした。この状態で、筐体12の内部における異方性希土類ボンド磁石13の位置が決定される。このピストン31の動作により、筐体12の内周部に沿って、異方性希土類ボンド磁石13を圧入して、所定位置に位置決めした。その後、圧入シリンダ30を駆動して、ピストン31を引き抜き、冷却することで、異方性希土類ボンド磁石13を筐体12の内周部に圧入固定した。
This molded body was cured to improve the curing degree of the resin to 90 to 100%. Thereby, the coupling | bonding between magnetic powder and resin and resin and resin was improved. Next, as shown in FIG. 3, this cylindrical molded body is inserted into a
なお、樹脂の重量割合が3.5wt%よりも多くなると、磁粉体の量が少なくなるために磁気特性が低下し、フラックス値が低下する。また、樹脂量が多くなることで、成形体のバリが大きくなり、金型もしくは下パンチからの離型性が悪くなり、成形体の取り出しが困難になると同時に、欠けやヒビが多く見られる。 In addition, when the weight ratio of resin exceeds 3.5 wt%, since the quantity of magnetic powder will decrease, a magnetic characteristic will fall and a flux value will fall. Further, as the amount of resin increases, the burrs of the molded body increase, the releasability from the mold or the lower punch deteriorates, and it becomes difficult to take out the molded body, and at the same time, many chips and cracks are observed.
又、樹脂の重量割合が2W%よりも少なくなると、磁粉体と樹脂との結合力が小さくなり、異方性希土類ボンド磁石13を筐体12に圧入する時に異方性希土類ボンド磁石13に応力がかかり機械的強度が低下し、圧入荷重が減少する、もしくは圧入のための締め代が小さくなり、要求される固定力が得られない。もしくは、圧入出来たとしても着磁の際に破損する可能性がある。
Further, when the weight ratio of the resin is less than 2 W%, the binding force between the magnetic powder and the resin is reduced, and stress is applied to the anisotropic rare
圧入時の温度は、60〜150℃が望ましい、この温度範囲は、異方性希土類ボンド磁石の特性を低下させることがないことに加えて、磁粉と樹脂、樹脂と樹脂との間の結合を切断することなく、樹脂をガラス状領域からゴム状領域に近づけて、異方性希土類ボンド磁石13を筐体12に圧入するのに最適である。
The temperature at the time of press-fitting is preferably 60 to 150 ° C. This temperature range does not deteriorate the characteristics of the anisotropic rare earth bonded magnet, and in addition, bonds between the magnetic powder and the resin, and between the resin and the resin. It is optimal for pressing the anisotropic rare earth bonded
このようにして、図2に示すように、異方性希土類ボンド磁石13の外周面は筐体12の内周面に対して、異方性希土類ボンド磁石13の弾性力と筐体12の弾性力とにより、直接、圧接されている。すなわち、異方性希土類ボンド磁石13の外周面と筐体12の内周面との間には、全面に渡り隙間が存在しない。したがって、磁気回路の磁気抵抗を減少させることができる。この結果、エネルギー積の大きい異方性希土類ボンド磁石13の能力を十分に発揮させることができ、出力トルクやモータ性能指標(トルク定数/モータ体積)の大きなモータを得ることができる。
In this way, as shown in FIG. 2, the outer peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded
上記の製造方法により、図4に示すように、異方性希土類ボンド磁石13の厚さは、0.5mm以上1.3mm以下の範囲の任意の値に制御でき、異方性希土類ボンド磁石13の内周面とロータコア14との間隙bは、0.05mm以上0.4mm以下の範囲の任意の値に制御することができる。
本実施例では、ロータコア14の外形を固定し、ロータコア14と異方性希土類ボンド磁石13との間隙bを0.3mm、異方性希土類ボンド磁石13の厚さを1.0mm、磁石長さは従来モータの磁石と同じとした。従来のモータ、すなわち、ロータコアとの間隙0.5mm、異方性希土類ボンド磁石13の厚さ1.5mmの異方性希土類ボンド磁石の内周面に、樹脂皮膜の形成されたモータに比べて、1.5倍以上とし、モータトルクを従来の1.5倍以上に改善することができた。
With the above manufacturing method, as shown in FIG. 4, the thickness of the anisotropic rare earth bonded
In this embodiment, the outer shape of the
また、異方性希土類ボンド磁石の厚さは、0.7mm以上1.2mm以下とすると、さらに、望ましい。これは、金型内の体積が大きくなり、磁石粉末と金型、もしくは磁石粉末と磁石粉末間の摩擦を低減されるため、内在する磁石粉末の配向度が向上し、磁束をより上げることができるためである。この場合に、より、モータトルク/磁石容積を向上させることができる。異方性希土類ボンド磁石の内周面とロータのコアの外周面との間隔は、0.2mm以上0.4mm以下が、より望ましい。磁気回路の磁気抵抗をより低下させることができる。 Further, it is more desirable that the thickness of the anisotropic rare earth bonded magnet is 0.7 mm or more and 1.2 mm or less. This increases the volume in the mold and reduces the friction between the magnet powder and the mold or between the magnet powder and the magnet powder, so that the degree of orientation of the existing magnet powder is improved and the magnetic flux is further increased. This is because it can. In this case, the motor torque / magnet volume can be further improved. The distance between the inner peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet and the outer peripheral surface of the rotor core is more preferably 0.2 mm or greater and 0.4 mm or less. The magnetic resistance of the magnetic circuit can be further reduced.
以上述べたように、異方性希土類ボンド磁石13の樹脂の重量割合を2W%以上3W%以下として、圧縮成形して、キュアー処理を施し、硬化度を90〜100%にした後、ガラス転移点以下の温度で再加熱をして、硬化させた樹脂をガラス状領域からゴム状領域に近づけた状態とすることにより、異方性希土類ボンド磁石13を筐体12の内周部に圧入することを容易に行うことができる。すなわち、ピストン31により異方性希土類ボンド磁石13を筐体12の内周部に圧入する時、その後、ピストン31を引き抜く時に、異方性希土類ボンド磁石に係る応力を低減できるので、機械的強度を低下させることがない。
As described above, the resin weight ratio of the anisotropic rare earth bonded
また、具体例としてのモータは、以下の特徴を有している。しかしながら、モータ装置の種類には特定されないが、出力300W以下のDCブラシモータに使用すると有効である。モータの筐体内周部に配置した永久磁石と、中心部に配置したロータコアとを有し、モータ外径が50mm以下であるDCブラシモータ装置であって、永久磁石は、4極に着磁された中空円筒状の薄肉形状で最大エネルギー積が17MGOe以上の異方性希土類ボンド磁石であり、異方性希土類ボンド磁石の径方向の厚さをd、モータ筐体の厚さをw、ロータコアの直径をaとする時、筐体厚さ対磁石厚さ比w/dが1を超え、3以下であり、且つ、異方性希土類ボンド磁石の径方向の厚さ対ロータコアの直径比d/aが0.015以上、0.07以下であることを特徴とするDCブラシモータ装置である。 Moreover, the motor as a specific example has the following characteristics. However, although it is not specified for the type of motor device, it is effective when used for a DC brush motor with an output of 300 W or less. A DC brush motor device having a permanent magnet disposed in an inner peripheral portion of a motor casing and a rotor core disposed in a central portion and having a motor outer diameter of 50 mm or less, wherein the permanent magnet is magnetized to four poles. An anisotropic rare earth bonded magnet with a thin hollow cylindrical shape and a maximum energy product of 17 MGOe or more, wherein the radial thickness of the anisotropic rare earth bonded magnet is d, the thickness of the motor housing is w, When the diameter is a, the casing thickness to magnet thickness ratio w / d is more than 1 and 3 or less, and the radial thickness of the anisotropic rare earth bonded magnet to the diameter ratio of the rotor core d / The DC brush motor device is characterized in that a is 0.015 or more and 0.07 or less.
なお、上記のモータ筐体はバックヨークを含む概念であり、モータ筐体外径rは、バックヨークなどを含むモータ装置の外径の直径の意味で用いられている。 The motor casing is a concept including a back yoke, and the motor casing outer diameter r is used to mean the outer diameter of the motor device including the back yoke.
1<筐体厚さ対磁石厚さ比w/d≦3の範囲が望ましい。焼結フェライト磁石を使用したDCブラシモータの場合には、磁石の磁力が弱いために、磁石厚さに対して筐体厚さが薄くても十分に磁気漏洩を防止することができる。それに対して、異方性希土類ボンド磁石を使用した場合には、w/dが1以下の時には、磁石の磁力が強力なために磁気漏洩を防ぐことが出来なくなるので、w/dは1より大きいことが必要となる。w/dが3より大きくなると、磁石の磁力が強力であっても、筐体厚さが厚くなり過ぎ、磁気漏洩はなくなるものの、無駄に筐体厚さを増加させることになり、十分に小型化ができず、その結果、モータ性能指標が低下する。 A range of 1 <ratio of casing thickness to magnet thickness w / d ≦ 3 is desirable. In the case of a DC brush motor using a sintered ferrite magnet, since the magnetic force of the magnet is weak, magnetic leakage can be sufficiently prevented even if the casing thickness is smaller than the magnet thickness. On the other hand, when an anisotropic rare earth bonded magnet is used, when w / d is 1 or less, the magnetic force of the magnet is so strong that magnetic leakage cannot be prevented. It needs to be big. If w / d is greater than 3, even if the magnet's magnetic force is strong, the case thickness becomes too thick and magnetic leakage will be eliminated, but the case thickness will be increased unnecessarily, and it will be small enough. As a result, the motor performance index decreases.
一方、0.015≦磁石厚さ対ロータコアの直径比d/a≦0.07の範囲が望ましい。この範囲である場合には、モータ性能指標T(T=トルク定数/体積)は、従来の2極焼結フェライト磁石を用いたモータの性能指標T(約1.3)の2倍以上となる。従来のモータと同一トルク定数でモータ全体の体積を約1/2にするという従来では到底考えられない大幅な小型化・軽量化が実現できる。一方、従来の焼結フェライト磁石を用いたモータに対して約20%だけ体積を減少(従来の80%の体積)させつつトルク定数を約2倍にするという大幅な高性能化の実現という画期的な効果を得ることができる。なお、体積はモータ全体の体積で評価している。ブラシや整流子は2つのモータで共通に存在するので、トルクを発生させる実効部分に関してみると、同一トルク定数とした場合には、体積は37%に減少させることができる。 On the other hand, a range of 0.015 ≦ magnet thickness to rotor core diameter d / a ≦ 0.07 is desirable. In this range, the motor performance index T (T = torque constant / volume) is more than twice the performance index T (about 1.3) of a motor using a conventional two-pole sintered ferrite magnet. . A drastic reduction in size and weight, which cannot be conceived in the past, can be realized by reducing the volume of the entire motor to about ½ with the same torque constant as that of a conventional motor. On the other hand, compared to a motor using a conventional sintered ferrite magnet, the volume is reduced by about 20% (80% of the conventional volume), and the torque constant is doubled. A periodical effect can be obtained. The volume is evaluated by the volume of the entire motor. Since the brush and commutator are common to the two motors, the volume can be reduced to 37% when the same torque constant is used in terms of the effective portion that generates torque.
最大エネルギー積(BHmax )が25MGOeの異方性希土類ボンド磁石を用いた場合には、0.03≦d/a≦0.07の範囲で、モータ性能指標Tは2.56倍が得られている。また、最大エネルギー積(BHmax )が20MGOeの異方性希土類ボンド磁石を用いた場合には、0.03≦d/a≦0.07の範囲で、モータ性能指標Tは2.46倍が得られている。さらに、最大エネルギー積(BHmax )が17MGOeの異方性希土類ボンド磁石を用いた場合には、0.03≦d/a≦0.07の範囲で、モータ性能指標Tは2.39倍が得られている。したがって、このd/aの範囲は、さらに、望ましい範囲である。 When an anisotropic rare earth bonded magnet having a maximum energy product (BH max ) of 25 MGOe is used, the motor performance index T is 2.56 times in the range of 0.03 ≦ d / a ≦ 0.07. ing. When an anisotropic rare earth bonded magnet having a maximum energy product (BH max ) of 20 MGOe is used, the motor performance index T is 2.46 times in the range of 0.03 ≦ d / a ≦ 0.07. Has been obtained. Further, when an anisotropic rare earth bonded magnet having a maximum energy product (BH max ) of 17 MGOe is used, the motor performance index T is 2.39 times in the range of 0.03 ≦ d / a ≦ 0.07. Has been obtained. Therefore, the range of d / a is a desirable range.
単位磁石使用量当たりのモータ性能指標T(即ち、モータ性能指標T/磁石使用量、以下この比Sを「磁石効率」という)が、従来の2極フェライトモータの磁石効率の磁石性能倍数m倍の2倍に等しくなる磁石厚さ対ロータコアの直径比d/aが0.07である。ここで、磁石性能倍数mは、(異方性希土類ボンド磁石の性能[(BH)max ])/(フェライト焼結磁石の性能〔(BH)max 〕で定義される。例えば、異方性希土類ボンド磁石の性能(最大エネルギー積)が17MGOe で、フェライト焼結磁石の性能(最大エネルギー積)が3.5MGOe の場合には、磁石性能倍数mは、4.9となる。同様に、異方性希土類ボンド磁石の最大エネルギー積が20MGOe の場合には、磁石性能倍数mは、5.7倍となり、異方性希土類ボンド磁石の最大エネルギー積が25MGOe の場合には、磁石性能倍数mは、7.1倍となる。 Motor performance index T per unit magnet usage (that is, motor performance index T / magnet usage, hereinafter this ratio S is referred to as “magnet efficiency”) is a magnet performance multiple of m times that of a conventional two-pole ferrite motor. The ratio of magnet thickness to rotor core diameter d / a, which is equal to twice this value, is 0.07. Here, the magnet performance multiple m is defined by (performance of anisotropic rare earth bonded magnet [(BH) max ]) / (performance of sintered ferrite magnet [(BH) max ]) For example, anisotropic rare earth When the performance (maximum energy product) of the bonded magnet is 17 MGOe and the performance (maximum energy product) of the sintered ferrite magnet is 3.5 MGOe, the magnet performance multiple m is 4.9. When the maximum energy product of the conductive rare earth bonded magnet is 20 MGOe, the magnet performance multiple m is 5.7 times, and when the maximum energy product of the anisotropic rare earth bonded magnet is 25 MGOe, the magnet performance multiple m is 7.1 times.
尚、磁石効率Sが従来の2極フェライトモータの磁石効率の磁石性能倍数m倍の2倍となる時の磁石厚さ対ロータコアの直径比d/aは、異方性希土類ボンド磁石の最大エネルギー積が17MGOe 以上において、その値にかかわらずほぼ同一値である0.07をとっている。 The ratio of the magnet thickness to the rotor core diameter d / a when the magnet efficiency S is twice the magnet performance multiple of m times that of the conventional two-pole ferrite motor is the maximum energy of the anisotropic rare earth bonded magnet. When the product is 17 MGOe or more, the value is almost the same 0.07 regardless of the value.
磁石厚さ対ロータコアの直径比d/aが0.07以下の時に、本発明のモータ装置の磁石効率Sは従来の2極フェライトモータの磁石効率の磁石性能倍数m倍の2倍以上となる。しかしながら、磁石厚さ対ロータコアの直径比d/aが下限値0.015近くになると、磁石効率は最大となるが、磁石が薄くなることにより反磁場が大となり、ロータコアを貫く磁束が急激に低下し、モータ性能指標Tが従来の2極焼結フェライト磁石を用いたモータの2倍近くに低下するので、磁石厚さ対ロータコアの直径比d/aは0.015以上とするのが望ましい。 When the ratio of magnet thickness to rotor core diameter d / a is 0.07 or less, the magnet efficiency S of the motor device of the present invention is more than twice the magnet performance multiple of m times the magnet efficiency of the conventional two-pole ferrite motor. . However, when the magnet thickness to rotor core diameter ratio d / a is close to the lower limit value of 0.015, the magnet efficiency becomes maximum, but the demagnetizing field becomes large due to the thin magnet, and the magnetic flux penetrating the rotor core suddenly increases. Since the motor performance index T decreases to nearly twice that of a motor using a conventional two-pole sintered ferrite magnet, the ratio of magnet thickness to rotor core diameter d / a is preferably 0.015 or more. .
磁石厚さ対ロータコアの直径比d/aの上記の範囲は、モータ外径が50mm以下とした場合に、筐体厚さw、磁石厚さdが共に薄いことを意味する。モータ外径を固定して考えると、筐体厚さwと磁石厚さdを共に薄くできる分だけロータコアの直径を大きくでき、巻線を太くすることができ、出力トルクの向上につながる。 The above range of the magnet thickness to rotor core diameter ratio d / a means that the casing thickness w and magnet thickness d are both thin when the motor outer diameter is 50 mm or less. If the motor outer diameter is fixed, the diameter of the rotor core can be increased as much as the casing thickness w and the magnet thickness d can both be reduced, and the winding can be increased, leading to an improvement in output torque.
又、この異方性希土類ボンド磁石は樹脂成形で形成されるので、容易に精度よく形成される。これにより、モータ筐体内周部の永久磁石形状を精度のよい中空円筒形状とすることができる。即ち、永久磁石によるモータ内部磁場を精度のよい回転対称とすることができる。 Further, since this anisotropic rare earth bonded magnet is formed by resin molding, it is easily formed with high accuracy. Thereby, the permanent magnet shape of a motor housing inner peripheral part can be made into an accurate hollow cylindrical shape. That is, the motor internal magnetic field by the permanent magnet can be made rotationally symmetric with high accuracy.
本発明は、小型、高トルクモータとして用いることができる。 The present invention can be used as a small, high torque motor.
10…バックヨーク
11…回転軸
12…筐体
13…異方性希土類ボンド磁石
14…ロータコア
15…コイル
16…モータ筐体
18…被覆膜
30…シリンダ
31…ピストン
32…凸リング
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記永久磁石は厚さが0.5mm以上1.3mm以下の中空円筒状の4極の異方性希土類ボンド磁石であり、
前記異方性希土類ボンド磁石の弾性力と前記筐体の弾性力とにより、前記異方性希土類ボンド磁石の外周面は前記筐体の内周面と、直接、圧接され、
前記異方性希土類ボンド磁石の内周面には被膜層がなく、その内周面とロータのコアの外周面との間隔が0.05mm以上0.4mm以下としたことを特徴とする4極DCブラシモータ。 In a DC brush motor having a permanent magnet disposed on the inner periphery of the motor casing,
The permanent magnet is a hollow cylindrical quadrupole anisotropic rare earth bonded magnet having a thickness of 0.5 mm to 1.3 mm,
Due to the elastic force of the anisotropic rare earth bonded magnet and the elastic force of the casing, the outer peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet is directly pressed against the inner peripheral surface of the casing,
There is no coating layer on the inner peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet, and the distance between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the rotor core is 0.05 mm or more and 0.4 mm or less. DC brush motor.
The distance between the inner peripheral surface of the anisotropic rare earth bonded magnet and the outer peripheral surface of the core of the rotor is 0.2 mm or greater and 0.4 mm or less. A 4-pole DC brush motor as described in 1.
Priority Applications (1)
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JP2005128652A JP2006311661A (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Four-pole dc brush motor |
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JP2005128652A JP2006311661A (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Four-pole dc brush motor |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018207383A1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | 山本電気株式会社 | Direct current motor |
WO2022070306A1 (en) | 2020-09-30 | 2022-04-07 | 愛知製鋼株式会社 | Method for manufacturing field magnet |
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2005
- 2005-04-26 JP JP2005128652A patent/JP2006311661A/en not_active Withdrawn
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