JP2007028725A

JP2007028725A - 異方性ボンド磁石組立体及びその製造方法並びにこの磁石組立体を用いた永久磁石モータ

Info

Publication number: JP2007028725A
Application number: JP2005204165A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tsutsumi; 慎一堤; Hiroki Asai; 弘紀浅井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】小型モータを高性能化し得る磁石粉末の磁化容易軸を特定の方向に配向してあり、環状へ変形可能な異方性ボンド磁石組立体の提供、またボンド磁石組立体の製造方法、および、ボンド磁石組立体を搭載した永久磁石モータの提供を目的とする。
【解決手段】磁石を有するロータと、前記磁石とラジアル方向に対向して磁気回路を構成する複数の突極を設けたコアとこの突極に巻回されたコイルからなるステータとを主構成とするモータに搭載する磁石を、フィルム７上に異方性ボンド磁石５が複数個等間隔に配置接着され、環状に変形可能な異方性ボンド磁石組立体８とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い磁気特性を有するボンド磁石組立体、家電、情報機器に使用されるボンド磁石組立体を搭載した小型永久磁石モータに関する。

ボンド磁石は、高い寸法精度で環状、円弧状や薄肉形状などの特殊な形状の磁石が割れ欠けなどなく作製できるという特徴を持っている。そのため、リング形状のボンド磁石が、家電、電装、情報用のモータに近年多く用いられている。しかし、近年の、家電、情報機器などの発展は目覚しく、当該機器に用いられるモータも機器の高性能化のもと、小型軽量化、高出力化、高効率化が要求されている。

この要求に対応して、これ等モータに用いられるボンド磁石も更なる磁気特性の向上が求められている。この磁気特性の向上の手段として、磁石粉末の磁化容易軸を特定の方向に配向可能で、特定方向に対して高い磁気特性が得られる磁気的に異方性の磁石粉末を用いることが考えられる。

しかし、小径モータの場合、ボンド磁石も小径化せざるを得ず、環状成形後の異方性ボンド磁石を着磁する場合に磁石粉末の磁化容易軸を特定方向に揃えるための磁場発生機構を配置するスペースも小さくなり、磁石粉末の磁化容易軸を径方向へ放射状に揃える、いわゆるラジアル異方性や、磁束発生方向に円の中心を持つ円弧状に磁化容易軸を揃える極異方を実現することが困難であった。

この問題に対して、例えば外径２５ｍｍ以下のボンド磁石に対しては、異方性のボンド磁石ではなく、ボンド磁石内の磁石粉末の磁化容易軸を特定方向に揃える必要のない、等方性のボンド磁石が有効であるという提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

また、異方性のボンド磁石をモータ用のリング磁石に使用する場合、例えば、常温で柔軟性を有するゴム系合成樹脂に磁気異方性磁粉を分散配合した樹脂結合磁石材料をシート状に成形しながら、成形途中又は成形直後の半硬化状態の連続磁性シート体に対し、シート体の厚み方向に磁束を通過させて磁場配向させた連続異方性磁性シート体を得たのち、この連続異方性磁性シート体に対し脱磁、再着磁を行うか、あるいは脱磁を行うことなく磁場配向時の着磁状態を維持したまま、加工を行って短冊状であって且つ背面に粘着剤層を形成した単位シート磁石複合片を作製し、この単位シート磁石複合片を背面の粘着剤層を用いて被着体表面に環状に貼り付けてなる磁気異方性環状磁石の作製方法とする提案がなされている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６２−１９６０５７号公報特開平８−２１３２６８号公報

しかしながら、特許文献１のような磁気的に等方性のボンド磁石では、モータの小型化に優位であるが、異方性ボンド磁石のような高い磁気特性は得られない。また、特許文献２のように異方性ボンド磁石で小型モータ用に磁石を環状に成形する場合には、モータが小型化する程、小径への変形へ耐え得る高い柔軟性が要求され、磁石粉末を結合する結合剤中に柔軟な成分を多く含ませる必要があり、柔軟な成分の増加と共に相対的に磁石粉末充填量が減少し、磁気特性が低下する。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、小型モータを高性能化し得る高い磁気特性を保ちつつ、小径環状への変形可能な異方性ボンド磁石組立体、ボンド磁石組立体の製造方法、および、ボンド磁石組立体を搭載した永久磁石モータを提供するものである。

上記課題を解決するために本発明は、磁石を有するロータと、前記磁石とラジアル方向に対向して磁気回路を構成する複数の突極を設けたコアとこの突極に巻回されたコイルからなるステータを主構成とするモータに搭載する磁石であって、フィルム上に異方性ボンド磁石が複数個等間隔に配置接着され、環状に変形可能なボンド磁石組立体である。

フィルム上に異方性ボンド磁石が複数個等間隔に配置接着され、環状に変形可能な異方性ボンド磁石組立体とすることで、フィルムにより小径形状への変形が可能であることで、磁石粉末を結合する結合剤中に柔軟な成分を多く含ませる必要はなく、磁石粉末充填量を維持し、高い磁気特性を備えた、モータ用の高性能な異方性ボンド磁石組立体を提供可能となる。

フィルム上に異方性ボンド磁石が複数個等間隔に配置接着され、環状に変形可能な異方性ボンド磁石組立体とすることで、フィルムが小径形状への変形を可能とし、磁石粉末充填量の減少がなく高い磁気特性が得られ、小型モータ用の高性能な異方性ボンド磁石組立体が実現できる。

また、前記異方性ボンド磁石中の磁石粉末の磁化容易軸がフィルムの面方向に対し、垂直方向に配向（ラジアル配向）している異方性ボンド磁石とすることにより、等方性リング磁石より強い磁界で作成可能となる為、より配向度が高くて、強い磁界を発生できる。

また、磁石粉末の配向方向を磁束発生方向に中心を持つ円弧状（極配向）にしたことにより、磁化容易軸の長さがラジアル異方のものより長くなる為、反磁界が小さく、さらにラジアル異方のものより強い磁界を発生できる。

また、フィルムに軟磁性体を使用することで、磁石のバックヨークとして働き、磁石の動作点を高め、異方性ボンド磁石の発生磁界を向上させることが可能となる。

また、フィルムに熱可塑性樹脂を使用することで、環状への変形の際に、接着された個々の異方性ボンド磁石から加わる圧力が緩和可能である。

また、磁石粉末と熱硬化性樹脂を主成分とする異方性ボンド磁石用樹脂組成物を任意の磁場中で成形し、圧粉体とする第１の工程と、成形した異方性ボンド磁石圧粉体中の熱硬化性樹脂を硬化する第２の工程と、フィルム上に異方性ボンド磁石を配置接着する第３の工程からなる異方性ボンド磁石組立体の製造方法によれば、モータ用の高性能な異方性ボンド磁石組立体が製造できる。

また、この第３の工程において、異方性ボンド磁石の配置接着を熱可塑性樹脂フィルムの軟化点以上で熱溶着することにより、接着剤が不要となる。

さらに、上記第２工程をフィルム上で行い異方性ボンド磁石の熱硬化性樹脂成分をフィルムとの結合剤とし、第２工程と第３工程を同時にことにより、接着剤を不要とし、接着工程の省略が可能となる。

また、上記異方性ボンド磁石組立体を永久磁石モータに搭載することで、高性能小型モータが提供可能となる。

（実施例１）
以下に、本発明を実施例１を基に詳細に説明する。

平均粒子径が１〜５μｍの異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末を２０ＭＰａの圧力で圧縮し、ヘンシェルミキサーにて解砕後、平均粒径が５〜３０μｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末圧縮造粒体を作製した。またＨＤＤＲ処理により作製された異方性のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末９８ｗｔ．％と粘度１２〜１５Ｐａ・ｓの範囲のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２ｗｔ．％を有機溶剤で溶解後、湿式混合し、８０℃、６０分間の乾燥により有機溶剤を蒸発させ、異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末樹脂被覆物を得た。

次に、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末圧縮造粒体と異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末樹脂被覆物を転動造粒機により攪拌混合した後、硬化剤を乾式混合し、異方性ボンド磁石用樹脂組成物とした。

次に上記異方性ボンド磁石用樹脂組成物を、図１（ａ）に示す電磁石１と電磁石１間に配置された上パンチ２、下パンチ３とダイス４からなる成形金型を主構成とする異方性ボンド磁石成形装置により、圧縮成形し、図１（ｂ）に示す磁化容易軸６の方向に配向（ラジアル配向）している異方性ボンド磁石５を得て、更に１６０℃で２０分間エポキシ樹脂を硬化させた。そして、別途準備した着磁装置にて着磁を行う。

上記着磁が完了した異方性ボンド磁石５を図１（ｃ）に示すようにフィルム７上に１６個等間隔に配置接着し、ラジアル異方性ボンド磁石組立体８とした。

上記フィルム７には、軟磁性体（鉄板など）を使用した。なお、フィルム７に熱可塑性樹脂（ポリアミドなど）を使用すると、環状への変形の際に、接着された個々の異方性ボンド磁石から加わる圧力が緩和可能である。

接着には、エポキシ系の接着剤を使用した。なお、フィルムに熱可塑性樹脂を使用し、熱可塑性樹脂の軟化点以上で熱溶着すると接着剤が不要となる。また、異方性ボンド磁石の熱硬化性樹脂の硬化を樹脂フィルム上で行い異方性ボンド磁石の熱硬化性樹脂成分をフィルムとの結合剤として利用することにより、接着剤を不要とし、接着工程の省略が可能となる。

このように、フィルム上に異方性ボンド磁石が複数個等間隔に配置接着され、環状に変形可能な異方性ボンド磁石組立体とすることで、フィルムにより小径形状への変形が可能であることで、磁石粉末を結合する結合剤中に柔軟な成分を多く含ませる必要はなく、磁石粉末充填量を維持し、高い磁気特性を備えた、モータ用の高性能な異方性ボンド磁石組立体が提供可能となる。

なお、上記製造方法により作成した異方性シート磁石を、図１（ｄ）に示すように環状に変形後、モータに組み込んだ実用例を図２に示す。図２において、フィルム７上に異方性ボンド磁石５が複数個等間隔に配置接着され、環状に変形し、ロータケース１３に固定されている。これにより外径寸法Ａ（２２ｍｍ）の永久磁石ロータとなる。そして、ステータコア１４に巻回されたモータコイル１５からなるステータとの組合せの構成で高性能なモータとすることができる。

なお、図３に示されるような多様な形状の異方性ボンド磁石５と磁化容易軸６を構成することにより、コギングトルクを低減する設計が可能である。

そして、図１（ｄ）に示す環状に変形着磁後の異方性シート磁石の表面磁束密度をガウスメータ（日本電磁測器：５０１型）で測定し、表１に表面磁束密度の最大値を示す。

（実施例２）
実施例１に示す方法により、異方性ボンド磁石用樹脂組成物を用意する（なお、以下において、実施例１と同一の構成には同一の符号を付している。）。

次に、上記異方性ボンド磁石用樹脂組成物を、図４（ａ）に示す磁力線が曲線を描くように配置された電磁石１とこの電磁石１が発する磁力線状に配置された上パンチ２、下パンチ３とダイス４からなる成形金型を主構成とする異方性ボンド磁石成形装置により、圧縮成形し、図４（ｂ）に示すように磁化容易軸６の方向に配向している異方性ボンド磁石５を得る。そして、実施例１と同様に別途準備した着磁装置により着磁を行う。

上記着磁が完了した異方性ボンド磁石５を実施例１と同様の方法で極異方性ボンド磁石組立体とした。

なお、実施例１と同様に、上記作製方法により作製した異方性シート磁石をモータに搭載すると、モータ用の高性能な異方性ボンド磁石組立体が提供可能となる。

また、極異方性ボンド磁石組立体の配向方向は、実施例１で示したラジアル異方性ボンド磁石組立体のラジアル配向（図１（ｂ）参照）ではなく、極配向（磁束発生方向に中心を持つ円弧状：図４（ｂ）参照）になっている為、磁化容易軸の長さがラジアル異方のものより長くなる。その為、反磁界が小さく、実施例１よりさらに強い磁界を発生でき、この異方性ボンド磁石組立体で作成した永久磁石をモータのロータとして組み込むと、実施例１よりさらに高性能なモータを作成することができる。

そして、この異方性ボンド磁石組立体を、環状に変形着磁後の異方性シート磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定した。表１に表面磁束密度の最大値を示す。

（比較例）
等方性のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末と粘度１２〜１５Ｐａ・ｓの範囲のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２ｗｔ．％を有機溶剤で溶解後、湿式混合し、８０℃、６０分間の乾燥により有機溶剤を蒸発させ、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末樹脂被覆物を得た。次に、硬化剤を乾式混合し、ボンド磁石用樹脂組成物とした。

次にボンド磁石用樹脂組成物を圧縮成形金型中でリング状に成形し、等方性リング磁石とした。

上記等方性リング磁石を着磁後、表面磁束密度をガウスメータで測定した。表１に表面磁束密度の最大値を示す。

表１の結果からも明らかなごとく、比較例１の等方性リング磁石より実施例１のラジアル異方性リング磁石組立体の方が磁束密度が高くなり、また、磁石の配向を実施例１のラジアル配向から実施例２の極配向とした極異方性リング磁石組立体は磁束密度がさらに高くなり、より高性能なモータ用永久磁石が得られた。

本発明の磁石粉末を高充填し、高い磁気特性を有する異方性ボンド磁石組立体のモータへの適用により、高出力のモータが作製可能である。

（ａ）は実施例１のラジアル異方性ボンド磁石成形装置の断面図、（ｂ）は実施例１のラジアル異方性ボンド磁石の磁化容易軸を表す模式図、（ｃ）は実施例１のラジアル異方性ボンド磁石組立体の平面図、（ｄ）は実施例１の環状へ変形後のラジアル異方性ボンド磁石組立体の平面図実施例１の環状に変形後の異方性ボンド磁石組立体をモータに組み込んだ状態の平面図実施例１のラジアル異方性ボンド磁石の形状の変形例を示す断面図（ａ）は実施例２の極異方性ボンド磁石成形装置の断面図、（ｂ）は実施例２の極異方性ボンド磁石の磁化容易軸を表す模式図

符号の説明

１電磁石
２上パンチ
３下パンチ
４ダイス
５異方性ボンド磁石
６磁化容易軸
７フィルム
８異方性ボンド磁石組立体
１３ロータケース
１４ステータコア
１５モータコイル

Claims

磁石を有するロータと、前記磁石とラジアル方向に対向して磁気回路を構成する複数の突極を設けたコアと、この突極に巻回されたコイルからなるステータを主構成とするモータに搭載する磁石であって、フィルム上に異方性ボンド磁石が複数個等間隔に配置接着され、環状に変形可能な異方性ボンド磁石組立体。
前記異方性ボンド磁石の磁石粉末の磁化容易軸が前記フィルムの面方向に対し、垂直方向に配向している異方性ボンド磁石である請求項１記載の異方性ボンド磁石組立体。
前記異方性ボンド磁石の磁石粉末の磁化容易軸が磁束発生方向に円の中心を持つ円弧状である異方性ボンド磁石である請求項１記載の異方性ボンド磁石組立体。
前記フィルムが、軟磁性体を主成分とする請求項１記載の異方性ボンド磁石組立体。
前記フィルムが、熱可塑性樹脂を主成分とする請求項１記載の異方性ボンド磁石組立体。
磁石粉末と熱硬化性樹脂を主成分とする異方性ボンド磁石用樹脂組成物を任意の磁場中で成形し、圧粉体とする第１の工程と、成形した異方性ボンド磁石圧粉体中の熱硬化性樹脂を硬化する第２の工程と、フィルム上に異方性ボンド磁石を配置接着する第３の工程からなる異方性ボンド磁石組立体の製造方法。
前記異方性ボンド磁石組立体製造方法の第３の工程において、異方性ボンド磁石の配置接着を熱可塑性樹脂フィルムの軟化点以上で熱溶着する請求項６記載の異方性ボンド磁石組立体の製造方法。
前記異方性ボンド磁石の熱硬化性樹脂成分をフィルムとの結合剤とすることにより、第２の工程と第３の工程を同時に行う請求項６記載の異方性ボンド磁石組立体の製造方法。
請求項１記載の異方性ボンド磁石組立体を搭載した永久磁石モータ。