JP2007214393A - リング状の極異方性プラスチック磁石及びモータ用ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ外周表面に発生する磁力が高く、かつ低コストのモータ用ロータを提供することを目的とする。
【解決手段】リング状の極異方性プラスチック磁石３０において、リング外周面の磁極αからリング内周面βに向けて略円弧状の磁化容易軸を形成し、リング内周面βから外部に向けて発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極付近のリング内周面γへ到達し、さらにリング内周面γからリング外周面の隣の磁極δに向けて略円弧状の磁化容易軸を形成する。そして、このリング状の極異方性プラスチック磁石３０の内周側に強磁性体２０を設置することにより、ロータ外周表面に発生する磁力を増加させ、材料コストの低減を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、高い磁気特性を有するリング状の極異方プラスチック磁石及びそのモータ用ロータに関するものである。

従来、リング状の極異方性磁石は、例えば特許文献１に記載されているように、外部磁界により磁性粉末の結晶方位を揃える（配向させる）ことで、周方向で連続的に変化する磁化容易軸方向が形成されている。リング状の極異方性磁石は、内径側への漏れ磁束がない状態を作ることが磁気特性を高くする方法であると考えられている。このような磁化容易軸方向をもつリング状の磁石は、着磁波形が正弦波であるため、モータ用ロータとして用いる場合には、コギングトルクの低減を図ることができる。

また、例えば特許文献２には、リング状の極異方性プラスチック磁石の磁化容易軸の方向に沿うように磁石内径側の磁極部分を凹形状にしたものが示されている。つまり、磁石の着磁されていない領域（内径側の磁極部分）には極力磁石を配置しないような構成をとり、磁気特性を低下させずに材料コストの低減を図っている。

特開２００３−２５７７６２号公報 特開平５‐７６１４７号公報

リング状の極異方性プラスチック磁石の磁化容易軸方向は、図１９に示すように、キャビティＫの外部から矢印Ｍ１のような磁界を発生させると共に、キャビティＫ内へ磁性粉末と樹脂を混合した成形材料を射出し、成形材料の中の磁性粉末を配向することにより形成する。このとき、上記磁化容易軸の方向を形成するため（リング内径側への漏れ磁束をなくすため）には、リング状のキャビティＫ内周に設けている軸部材Ａ１を非磁性にすることが必要となる。非磁性部材の軸部材Ａ１の磁気抵抗は、キャビティＫに充填された磁性粉末と樹脂を混合した成形材料よりも磁気抵抗が高い。

したがって、リング状磁石の肉厚がリング外径寸法に対して１０％以下であるような薄肉の極異方性プラスチック磁石を製造する場合には、外部からの磁界は、図２０に示すように磁気抵抗の高い軸部材（非磁性部材）Ａ１を避けて、キャビティＫ内のリング状磁石の内周面で急に周方向を向くような磁気回路Ｍ２を構成する。そのため、配向後のリング状磁石の磁化容易軸の方向は、リング状磁石の周方向を向く成分が多くなる。その結果、リング磁石の内径側に強磁性部材（ロータシャフト）を配置しても、磁気抵抗の低い強磁性部材（ロータシャフト）を通る磁界はリング状磁石の漏れ磁束ＬＭのみとなり、リング状磁石の外周表面に発生する磁力はそれほど大きくはならず、磁石の有効利用にかけるという問題がある。なお、図２０の製造装置では、磁界発生手段としてリング状の非磁性部材Ｒ、磁芯ＭＣ、永久磁石ＰＭを備えている。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、従来よりもロータ外周表面に発生する磁力が高く、かつ低コストのモータ用ロータを提供することを目的とする。

この発明に係るリング状の極異方性プラスチック磁石は、リング外周面の磁極からリング内周面に向けて略円弧状の磁化容易軸が形成され、上記リング内周面から外部に向けて発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極付近のリング内周面へ到達し、さらに上記リング内周面からリング外周面の上記隣の磁極に向けて略円弧状の磁化容易軸が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、当該リング状の極異方性プラスチック磁石を着磁してモータ用ロータとして使用する場合、リング状の極異方性プラスチック磁石の内周側に強磁性部材を配置することにより、当該磁石のリング外周面の磁極からリング内周面に向けて略円弧状の磁界が発生し、当該リング内周面から強磁性部材に向けて発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極付近のリング内周面へ到達し、さらに上記リング内周面からリング外周面の上記隣の磁極に向けて略円弧状の磁界が形成されるので、径方向の磁力線が増大し、リング状磁石の外周表面に発生する磁力を大幅に増加させることができる。つまり、従来のリング状極異方性プラスチック磁石を用いたロータよりも、ロータ外周表面に発生する磁束が大きくなり、モータの高効率化を実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図であり、図２は図１のモータ用ロータの縦断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態のモータ用ロータは、シャフト１０と、シャフト１０にＰＢＴ樹脂（ポリブチレンテレフタレート:Polybutylene terephthalate）から成る連結部材１５を介して連結されているリング状の強磁性部材（鉄部材）２０と、ＢＨｍａｘ１０ＭＧＯｅのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末とナイロン１２から成るリング状の極異方性プラスチック磁石３０により構成されている。リング状の強磁性部材２０とプラスチック磁石３０は、樹脂接着剤を介して一体化しており、リング状の強磁性部材２０とシャフト１０は、樹脂製の連結部材１５をインサート成形することにより連結されている。

プラスチック磁石３０の外周面には周方向に交互に異なる磁極Ｎ、Ｓが形成されている。そして、プラスチック磁石３０の磁化容易軸は図中の実線矢印の方向に揃っており、リング状の強磁性材料２０の磁界はプラスチック磁石３０から発生した磁力線により図中の点線の方向を向いている。すなわち、プラスチック磁石３０のリング外周面の磁極（Ｎ極）αからリング内周面βに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成され、当該リング内周面βから強磁性体２０に向けた発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極（Ｓ極）付近のプラスチック磁石３０のリング内周面γに結ばれ、さらにプラスチック磁石３０のリング内周面γからリング外周面の当該隣の磁極（Ｓ極）δに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成されている。

シャフト１０の寸法は、外径８ｍｍ、軸長１２０ｍｍである。リング状の強磁性材料２０の軸長は２５ｍｍ、内径はφ２７ｍｍ、外径は４４ｍｍである。また、強磁性材料２０の外周に装着されているプラスチック磁石３０の寸法は、内径が４４ｍｍ、外径が５０ｍｍ、軸長が２５ｍｍである。

次に、上記モータ用ロータの製造方法について説明する。図３はこの発明の実施の形態１によるリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置５０を示す断面図である。本実施の形態１のプラスチック磁石３０は、図３に示す製造装置５０のキャビティＫ内に成形材料を射出成形することにより製造する。本例では、成形材料として、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系（希土類）磁性粉末とナイロン１２（樹脂）との混合物を使用する。なお、磁性粉末としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性粉末を使用しても良いし、バインダとしてその他の樹脂を使用しても良い。そして、成形材料を注入するキャビティＫの外周部には、所定の円弧の曲率半径を有する８つの凹部が円周方向に４５度おきに形成されているリング状の非磁性部材５１が配置されている。また、キャビティＫの内周部には、強磁性体（鉄製等）の軸部材５２が配置されている。リング状の非磁性部材５１はステンレス鋼製であり、内径は５０ｍｍ、外周面の円弧状凹部の曲率半径は１０ｍｍである。強磁性体の軸部材５２は、外径が４４ｍｍである。リング状の非磁性部材５１と軸部材５２とにより形成されるキャビティＫの深さは２５ｍｍである。

リング状の非磁性部材５１の外周部には、成形材料の配向のための磁界発生手段としての８本の磁芯５３が円周方向に一定の間隔を置いて放射状に配置されている。これらの磁芯５３は、強磁性部材で構成されており、キャビティＫ側に円弧状凸部を有している。この円弧状凸部の曲率半径は、１０ｍｍである。また、隣り合うそれぞれの磁芯５３の間には、Ｂｒが１．２５Ｔ、Ｈｃｊが約２０００ｋＡ／ｍの永久磁石５５が配設されており、磁芯５３に接する両隣の永久磁石５５の磁極は同極となっている。磁芯５３がその両隣の永久磁石５５のＮ極同士によってＮ極に磁化され、その隣の磁芯５３が両隣の永久磁石５５のＳ極同士によってＳ極に磁化されている。そして、磁芯５３は円周方向に交互にＮ極、Ｓ極に磁化されるような構成になっている。永久磁石５５のＮ極同士で挟まれている磁芯５３の先端面と対向する位置の成形材料の部位はＳ極に、永久磁石のＳ極同士で挟まれた磁芯の先端面と対向する位置の成形材料の部位はＮ極にそれぞれ磁化され、磁芯５３と同数の磁極数を有する異方性多極プラスチック磁石が形成される。

ここで、永久磁石５５の発生する磁界は、図３に示す磁力線５６のように分布しており、キャビティＫに注入された成形材料の磁化容易軸は上記磁力線の方向に揃えられる。このとき、キャビティＫ外周部からの磁界は、リング状のキャビティＫ内の成形材料を通過し、磁気抵抗の低い強磁性部材（鉄製）の軸部材５２を通ってから、再びキャビティＫ内の成形材料へ戻る経路を取るため、このようにして配向されたリング状の極異方性プラスチック磁石は、周囲に配置された磁芯の数と同じ８極を有し、キャビティ外周からの磁界と同じ方向の磁化容易軸の方向を持つことになる。

その後、リング状の強磁性部材２０とシャフト１０をインサート成形によりＰＢＴ樹脂等の連結部材１５で連結する。そして、上記の製造方法で製造したリング状の極異方性プラスチック磁石３０と、シャフト１０に連結部材１５を介して連結されているリング状の強磁性部材２０を嵌合させ、接着剤により固定して、モータ用ロータを製作した。上記モータ用ロータを着磁器を用いて着磁し、ロータ外周表面の磁束密度分布を測定した。比較のため、図４に示すモータ用ロータのロータ外周表面の磁束密度分布も測定した。図４のモータ用ロータは、図３の製造装置において強磁性の軸部材５２の代わりに非磁性の軸部材を用いてリング状の極異方性プラスチック磁石３５を成形し、このプラスチック磁石３５の内周に非磁性（ステンレス製）のリング状部材２５を接着したものである。また、図４のモータ用ロータと図１のモータ用ロータの寸法は同じである。比較測定結果を下記の表１に示す。図４のモータ用ロータに対して、実施の形態１（図１）のモータ用ロータの磁束密度のピーク値が約２０％高くなっていることがわかる。

以上のように、本実施の形態によるリング状の極異方性プラスチック磁石３０を着磁してモータ用ロータとして使用した場合、リング状の極異方性プラスチック磁石３０の内周側に強磁性部材２０を配置することにより、当該磁石３０のリング外周面の磁極からリング内周面に向けて略円弧状の磁界が発生し、当該リング内周面から強磁性部材２０に向けて発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極付近のリング内周面へ到達し、さらに上記リング内周面からリング外周面の上記隣の磁極に向けて略円弧状の磁界が形成されるので、径方向の磁力線が増大し、当該磁石３０の外周表面に発生する磁力を大幅に増加させることができる。つまり、従来のリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたロータよりも、ロータ外周表面に発生する磁束が大きくなり、モータの高効率化を実現できる。

また、モータとして用いた場合のさらなるコギングトルク低減のため、リング状の極異方性プラスチック磁石３０を軸方向に２以上に分割し、それらのプラスチック磁石３０をが周方向でわずかに角度をずらして軸方向に積み重ねるようにしても良い。さらに、リング状の極異方性プラスチック磁石３０の各磁極を軸方向に所定角度スキューさせるように構成しても良い。また、リング状の強磁性部材２０の内周側には連結部材１５との滑り止めのために、連結部材１５が接する部分、すなわち隣り合う磁極間の周方向の中心位置付近に凹部が設けられている。このとき、上記凹部は軸方向につながっていてもよく、連続的に周方向で角度が変化していてもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１のようにプラスチック磁石３０の配向時に強磁性体の軸部材５２を用いた場合、図１に示すように、リング表面の隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近における内周側の磁性粉末はさほど配向しない。つまり、リング表面の隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近の磁石は、ロータ外周表面の磁束発生にほとんど寄与しないこととなる。本実施の形態では、リング状磁石の隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近の部分を最小肉厚とし、リング状磁石の磁極付近のロータ外周表面の磁束発生に寄与する部分を最大肉厚とするように構成した。

図５はこの発明の実施の形態２によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図であり、図６は図５のモータ用ロータの縦断面図である。

図５及び図６に示すように、本実施の形態のモータ用ロータは、シャフト１０と、シャフト１０にＰＢＴ樹脂等から成る連結部材１５を介して連結されているリング状の強磁性部材（鉄部材）２１と、ＢＨｍａｘ１０ＭＧＯｅのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末とナイロン１２から成るリング状の極異方性プラスチック磁石３１により構成されている。リング状の強磁性部材２１とプラスチック磁石３１は、樹脂接着剤を介して一体化しており、リング状の強磁性部材２１とシャフト１０は、樹脂製の連結部材１５をインサート成形することにより連結されている。

プラスチック磁石３１の外周面には周方向に交互に異なる磁極Ｎ、Ｓが形成されている。そして、プラスチック磁石３１の磁化容易軸は図中の実線矢印の方向に揃っており、リング状の強磁性材料２１の磁界はプラスチック磁石３１から発生した磁力線により図中の点線の方向を向いている。すなわち、プラスチック磁石３１のリング外周面の磁極（Ｎ極）αからリング内周面βに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成され、当該リング内周面βから強磁性体２１に向けた発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極（Ｓ極）付近のプラスチック磁石３１のリング内周面γに結ばれ、さらにプラスチック磁石３１のリング内周面γからリング外周面の当該隣の磁極（Ｓ極）δに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成されている。

本実施の形態では、リング状のプラスチック磁石３１において、リング表面の磁極付近でのリング肉厚を最大とし、隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近でのリング肉厚を最小とし、最小肉厚が最大肉厚に対して４０％以上となるように、リング内周の周方向に周期的な凹凸形状が形成されている。

シャフト１０の寸法は、外径８ｍｍ、軸長１２０ｍｍである。外周面に凹凸形状を有するリング状の強磁性体２０の軸長は２５ｍｍ、内径はφ２７ｍｍ、最大外径は４６ｍｍ、最小外径は４４ｍｍである。また、リング状のプラスチック磁石３１の寸法は、リング外径が５０ｍｍ、軸長が２５ｍｍであり、リング内周の最大内径は４６ｍｍ、最小内径は４４ｍｍである。そして、プラスチック磁石３１の磁極の位置で最大内径となり、隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近で最小内径となるように、最大外径と最小外径が滑らかな曲線で結ばれている。本実施の形態では、以上のように最大肉厚が３ｍｍ、最小肉厚が２ｍｍとなるが、最小肉厚が最大肉厚に対して４０％以上未満、すなわち１．２ｍｍ未満である場合は成形が困難となるため、最小肉厚は１．２ｍｍ以上とすることが好ましい。

次に、上記モータ用ロータの製造方法について説明する。図７はこの発明の実施の形態２によるリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置を示す断面図である。すなわち、本実施の形態２のプラスチック磁石３１は、図７に示す製造装置のキャビティＫ内に成形材料を射出成形することで製造する。本例では、成形材料として、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系（希土類）磁性粉末とナイロン１２（樹脂）との混合物を使用する。なお、磁性粉末としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性粉末を使用しても良いし、バインダとしてその他の樹脂を使用しても良い。そして、成形材料を注入するキャビティＫの外周部には、所定の円弧の曲率半径を有する８つの凹部が円周方向に４５度おきに形成されているリング状の非磁性部材５１が配置されている。また、キャビティＫの内周部には、強磁性体（鉄製等）の軸部材５８が配置されている。リング状の非磁性部材５１はステンレス鋼製であり、内径は５０ｍｍ、外周面の円弧状凹部の曲率半径は１０ｍｍである。強磁性体の軸部材５８は、その外周面に凹凸形状が形成されており、最大外径が４６ｍｍ、最小外径が４４ｍｍであり、磁極の位置で最小外径となり、隣り合う磁極間の中間位置付近で最大外径となるように構成され、最大外径と最小外径が滑らかな曲線で結ばれている。リング状の非磁性部材５１と軸部材５８とにより形成されるキャビティＫの深さは２５ｍｍである。

さらに、リング状の非磁性部材５１の周囲には、成形材料の配向のための磁界発生手段として、実施の形態１と同様の構成の永久磁石５５と永久磁石５５に狭持された磁芯５３を備えている。すなわち、リング状の非磁性部材５１の外周部には、８本の磁芯５３が円周方向に一定の間隔を置いて放射状に配置されている。これらの磁芯５３は、強磁性部材で構成されており、キャビティＫ側に円弧状凸部を有している。この円弧状凸部の曲率半径は、１０ｍｍである。また、磁芯５３と隣の磁芯５３の間には、Ｂｒが１．２５Ｔ、Ｈｃｊが約２０００ｋＡ／ｍの永久磁石５５が配設されており、磁芯５３に接する両隣の永久磁石の磁極は同極となっている。磁芯５３がその両隣の永久磁石５５のＮ極同士によってＮ極に磁化され、その隣の磁芯５３が両隣の永久磁石５５のＳ極同士によってＳ極に磁化されている。そして、磁芯５３は円周方向に交互にＮ極、Ｓ極に磁化されるような構成になっている。永久磁石５５のＮ極同士で挟まれている磁芯５３の先端面と対向する位置の成形材料の部位はＳ極に、永久磁石のＳ極同士で挟まれた磁芯の先端面と対向する位置の成形材料の部位はＮ極にそれぞれ磁化され、磁芯５３と同数の磁極数を有する異方性多極プラスチック磁石が形成される。

また、永久磁石５５の発生する磁界は、図７に示す磁力線５６のように分布しており、キャビティＫに注入された成形材料の磁化容易軸は上記磁力線の方向に揃えられる。このとき、キャビティＫ外周部からの磁界は、リング状のキャビティＫ内の成形材料を通過し、磁気抵抗の低い強磁性部材の軸部材５８を通ってから、再びキャビティＫ内の成形材料へ戻る経路を取る。このようにして配向されたリング状の極異方性プラスチック磁石３１は、周囲に配置された磁芯の数と同じ８極を有し、キャビティ外周からの磁界と同じ方向の磁化容易軸の方向を持つことになる。さらに、リング状の極異方性プラスチック磁石３１は、磁極付近でのリング肉厚が最大となり、隣り合う磁極間の中間位置付近でのリング肉厚が最小となるような、リング内周に周期的な凹凸形状を有することとなる。ここで、隣り合う磁極間の中間位置付近のリング肉厚を薄くすることで、成形材料の使用量の削減を図っている。

その後、リング状の強磁性部材２１とシャフト１０をインサート成形によりＰＢＴ樹脂等の連結部材１５で連結する。そして、上記の製造方法で製造したリング状の極異方性プラスチック磁石３１と、シャフト１０に連結部材１５を介して連結されているリング状の強磁性部材２１を嵌合させ、接着剤により固定して、モータ用ロータを製作した。上記モータ用ロータを着磁器を用いて着磁し、ロータ外周表面の磁束密度分布を測定した。比較のため、図４に示すモータ用ロータと、図１に示す実施の形態１のモータ用ロータのロータ外周表面の磁束密度分布も測定した。図４のモータ用ロータは、図３の製造装置において強磁性の軸部材５２の代わりに非磁性の軸部材を用いてリング状の極異方性プラスチック磁石３５を成形し、このプラスチック磁石３５の内周に非磁性（ステンレス製）のリング状部材２５を接着したものである。なお、図１及び図４のモータ用ロータの寸法は図５の寸法と同じである。その比較測定結果を下記の表２に示す。図４のモータ用ロータに対して、実施の形態２（図５）のモータ用ロータの磁束密度のピーク値が約２０％高くなっていることがわかる。また、実施の形態１のモータ用ロータに対して実施の形態２のモータ用ロータは、成形材料の使用量が約２０％少ないが、ロータの外周表面の磁束密度のピーク値の低下は、２．９％程度と少なく、成形材料の使用量が２０％少なくてもほぼ同等の磁気特性が得られることがわかる。

以上のように本実施の形態によれば、リング状の極異方性プラスチック磁石において、磁極付近でのリング肉厚を最大肉厚とし、隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近でのリング肉厚を最小肉厚とし、上記最小肉厚が上記最大肉厚に対して４０％以上となるように、リング内周の周方向に周期的な凹凸形状を形成することにより、リング状の極異方性プラスチック磁石の成形材料の使用量の削減を図ることができる。

特に、極異方性プラスチック磁石の成形材料として、磁気特性に優れたＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の希土類磁性粉末と樹脂の混合物を使用する場合、当該成形材料の使用量を削減することができるので、コスト低減を図ることができる。

さらに、極異方性プラスチック磁石の成形材料の使用量が少なくても、実施の形態１の極異方性プラスチック磁石とほぼ同等の磁気特性が得られる。

また、モータとして用いた場合のさらなるコギングトルク低減のため、リング状の極異方性プラスチック磁石３１を軸方向に２以上に分割し、それらのプラスチック磁石３１をが周方向でわずかに角度をずらして軸方向に積み重ねるようにしても良い。さらに、リング状の極異方性プラスチック磁石３１の各磁極を軸方向に所定角度スキューさせるように構成しても良い。また、リング状の強磁性部材２１の内周側には連結部材１５との滑り止めのために、連結部材１５が接する部分、すなわち隣り合う磁極間の周方向の中心位置付近に凹部が設けられている。このとき、上記凹部は軸方向につながっていてもよく、連続的に周方向で角度が変化していてもよい。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図であり、図９は図８のモータ用ロータの縦断面図である。

図８及び図９に示すように、本実施の形態のモータ用ロータは、シャフト１０と、シャフト１０に圧入されると共に外周面に周期的な凹凸形状が形成された鋼板を積層して形成される強磁性部材２２と、ＢＨｍａｘ１０ＭＧＯｅのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末とナイロン１２から成るリング状の極異方性プラスチック磁石３２により構成されている。

プラスチック磁石３２の外周面には周方向に交互に異なる磁極Ｎ、Ｓが形成されている。そして、プラスチック磁石３２の磁化容易軸は図中の実線矢印の方向に揃っており、鋼板を積層した強磁性部材２２の磁界はプラスチック磁石３２から発生した磁力線により図中の点線の方向を向いている。すなわち、プラスチック磁石３２のリング外周面の磁極（Ｎ極）αからリング内周面βに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成され、当該リング内周面βから強磁性部材２２に向けた発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極（Ｓ極）付近のプラスチック磁石３２のリング内周面γに結ばれ、さらにプラスチック磁石３２のリング内周面γからリング外周面の当該隣の磁極（Ｓ極）δに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成されている。

さらに、リング状のプラスチック磁石３２は、リング表面の磁極付近でのリング肉厚を最大とし、隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近でのリング肉厚を最小となるように、リング内周の周方向に周期的な凹凸形状が形成されている。

次に、上記モータ用ロータの製造方法について説明する。図１０はこの発明の実施の形態３によるリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置を示す横断面図であり、図１１は図１０のプラスチック磁石の製造装置を示す縦断面図である。本実施の形態３のプラスチック磁石３２は、図１０及び図１１に示すリング状磁石の製造装置のキャビティＫ内に成形材料を射出成形することで製造する。本例では、成形材料として、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系（希土類）磁性粉末とナイロン１２（樹脂）との混合物を使用する。なお、磁性粉末としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性粉末を使用しても良いし、バインダとしてその他の樹脂を使用しても良い。そして、成形材料を注入するキャビティＫの外周部には、所定の円弧の曲率半径を有する８つの凹部が円周方向に４５度おきに形成されているリング状の非磁性部材５１が配置されている。

リング状の非磁性部材５１の周囲には、成形材料の配向のための磁界発生手段として、実施の形態１と同様の構成の永久磁石５５と永久磁石５５に狭持された磁芯５３を備えている。外周面に周期的な凹凸形状が形成された鋼板を軸方向に積層して強磁性部材２２を形成し、その中心にφ８ｍｍ、軸長１２０ｍｍのシャフト１０を圧入してロータシャフトとした。そして、このロータシャフトのシャフト１０を、図１３に示す製造装置のベース５７に設けられた窪み５７ａに挿入配置させることにより、軸部材としての強磁性部材２２とリング状の非磁性部材５１との間で成形材料を注入するためのキャビティＫが形成される。

このように、強磁性部材２２とシャフト１０が一体となったロータシャフトを配向時の軸部材に用いることで、ロータシャフトとリング状の非磁性部材５１により形成されるキャビティＫに成形材料を射出成形することができ、上記実施の形態のようにプラスチック磁石を軸部材から取り外したり、シャフトと接着したりする工程を省略することができ、そのままモータ用ロータとして用いることができる。すなわち、本実施の形態では、製造装置の軸部材とロータシャフトを兼用することで、生産性を向上することができる。

実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態４によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図であり、図１３は図１２のモータ用ロータの縦断面図である。

図１２及び図１３に示すように、本実施の形態のモータ用ロータは、シャフト１０と、ナイロン１２と鉄粉の混合物からなり外周面に周期的な凹凸形状が形成されたリング状の軟磁性部材２３と、その内周面にリング状の軟磁性部材２３と同様の凹凸形状を持つＢＨｍａｘ１０ＭＧＯｅのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末とナイロン１２から成るリング状の極異方性プラスチック磁石３３により構成されている。ここで、リング状の軟磁性部材２３において、鉄粉の含有量は体積率で６０％であり、平均粒径が約２００μｍのものを使用した。鉄粉の含有量は体積率で６０％に限らず、５０％以上であればよい。なお、５０％以下であると所望の透磁率が得にくく（磁気抵抗が高い）、７０％以上であるとバインダとしてのナイロン１２に対して鉄分の量が多くなり成形が困難となるため、好ましくは５５〜６５％がよい。

プラスチック磁石３３の外周面には周方向に交互に異なる磁極Ｎ、Ｓが形成されている。そして、プラスチック磁石３３の磁化容易軸は図中の実線矢印の方向に揃っており、軟磁性部材２３の磁界はプラスチック磁石３３から発生した磁力線により図中の点線の方向を向いている。すなわち、プラスチック磁石３３のリング外周面の磁極（Ｎ極）αからリング内周面βに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成され、当該リング内周面βから軟磁性部材２３に向けた発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極（Ｓ極）付近のプラスチック磁石３３のリング内周面γに結ばれ、さらにプラスチック磁石３３のリング内周面γからリング外周面の当該隣の磁極（Ｓ極）δに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成されている。

さらに、リング状のプラスチック磁石３３は、リング表面の磁極付近でのリング肉厚を最大とし、隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近でのリング肉厚を最小となるように、リング内周の周方向に周期的で滑らかな凹凸形状が形成されている。

なお、シャフト１０の外径はφ８ｍｍ、軸長は１２０ｍｍである。リング状の軟磁性部材２３の軸長は２５ｍｍ、内径はφ８ｍｍ、最大外径は４６ｍｍ、最小外径は４４ｍｍである。

次に、上記モータ用ロータの製造方法について説明する。図１４及び図１６はこの発明の実施の形態４のリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置による製造工程を示す横断面図であり、図１５は図１４のプラスチック磁石の製造工程を示す縦断面図である。

図１４において、キャビティＫの外周部を成すリング状の非磁性部材５１Ａは、その外周面に所定の円弧の曲率半径を有する８つの凹形状が円周方向に４５度おきに形成されており、かつその内周面に磁極付近で最小内径、隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近で最大内径となる凹凸形状が形成されている。そして、リング状の非磁性部材５１Ａの周囲には、成形材料の配向のための磁界発生手段として、実施の形態１と同様の構成の永久磁石５５と永久磁石５５に狭持された磁芯５３を備えている。

まず、図１４に示す製造装置に、リング状の非磁性部材５１Ａと、φ８ｍｍのシャフト１０を装着する。その後、リング状の非磁性部材５１Ａとシャフト１０により形成されるキャビティＫ内に、鉄粉をナイロン１２で結合した成形材料を注入し、シャフト１０とリング状の軟磁性部材２３が一体となったロータシャフトを形成する。次に、図１６に示すように、上記リング状の非磁性部材５１Ａの代わりに実施の形態１、２と同じ内径５０ｍｍで外周面に所定の円弧の曲率半径を有するリング状の非磁性部材５１を配置する。そして、上記リング状の軟磁性部材２３とシャフト１０が一体となったロータシャフトとリング状の非磁性部材５１で形成されるキャビティＫ内に、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性粉末とナイロン１２が結合されたＢＨｍａｘが１０ＭＧＯｅの成形材料を注入する。そして、上記ロータシャフトの外周にプラスチック磁石３３が一体成形されたモータ用ロータを得る。

以上のように、上記ロータシャフトを製造装置の軸部材として用いることで、ロータシャフトの外周に成形材料を射出成形することができ、そのままモータ用ロータとして用いることができる。また、上記ロータシャフトがプラスチック磁石３３と同様の樹脂で結合されているため、プラスチック磁石３３とロータシャフトはほぼ同等の線膨張係数を有する。従って、リング状の非磁性部材５１及び５１Ａを取り替えることにより、上記ロータシャフトとプラスチック磁石３３の製造装置を兼用したり、製造装置の軸部材と上記ロータシャフトを兼用することで、生産性を向上することができるばかりでなく、プラスチック磁石３３とロータシャフトの接着性が良好となる。また、特に、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等の希土類磁性粉末とナイロン１２等の樹脂で結合された成形材料が固化する際やヒートショックにおける熱収縮時にプラスチック磁石３３の割れを防止することができる。

実施の形態５．
図１７はこの発明の実施の形態５によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図であり、図１８は図１７のモータ用ロータの縦断面図である。

図１７及び図１８に示すように、本実施の形態のモータ用ロータは、シャフト１０と、ＢＨｍａｘが２．１ＭＧＯｅであるフェライトとナイロン１２の混合物からなり外周面に周期的な凹凸形状が形成されたリング状の硬磁性部材２４と、その内周面にリング状の強磁性部材２４と同様の凹凸形状を持つＢＨｍａｘ１０ＭＧＯｅのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末とナイロン１２から成るリング状の極異方性プラスチック磁石３４により構成されている。

プラスチック磁石３４の外周面には周方向に交互に異なる磁極Ｎ、Ｓが形成されている。そして、プラスチック磁石３４の磁化容易軸は図中の実線矢印の方向に揃っており、硬磁性部材２４の磁界はプラスチック磁石３４から発生した磁力線により図中の点線の方向を向いている。すなわち、プラスチック磁石３４のリング外周面の磁極（Ｎ極）αからリング内周面βに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成され、当該リング内周面βから硬磁性部材２４に向けた発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極（Ｓ極）付近のプラスチック磁石３４のリング内周面γに結ばれ、さらにプラスチック磁石３４のリング内周面γからリング外周面の当該隣の磁極（Ｓ極）δに向けて略円弧状の磁化容易軸が形成されている。

さらに、リング状のプラスチック磁石３４は、リング表面の磁極付近でのリング肉厚を最大とし、隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近でのリング肉厚を最小となるように、リング内周の周方向に周期的で滑らかな凹凸形状が形成されている。

なお、シャフト１０の外径はφ８ｍｍ、軸長は１２０ｍｍである。リング状の硬磁性部材２４の軸長は２５ｍｍ、内径はφ８ｍｍ、最大外径は４６ｍｍ、最小外径は４４ｍｍである。

本実施の形態によるモータ用ロータは、実施の形態４で説明したと同様の製造装置及び製造工程により、ロータシャフトの外周に成形材料を射出成形することで製造する。

本実施の形態においては、上記実施の形態４の樹脂と鉄分の混合物と同様に、フェライトの磁性粉末と樹脂との混合物を使用するので、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等の希土類磁性粉末よりも１／１０程度安価となる。つまり、モータ用ロータにおいて、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等の希土類磁性粉末と樹脂の混合物のプラスチック磁石の体積を少なくすることにより、ロータ全体のコストを下げることができる。

また、実施の形態４と同様に、軸部材つまりロータシャフトがプラスチック磁石３４と同様の樹脂で結合されているため、プラスチック磁石３４とロータシャフトはほぼ同等の線膨張係数を有する。従って、製造装置の軸部材とロータシャフトを兼用することにより、生産性を向上することができるばかりでなく、プラスチック磁石３４とロータシャフトの接着性が良好となる。また、特にＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系等の希土類磁性粉末とナイロン１２等の樹脂で結合された成形材料が固化する際やヒートショックにおける熱収縮時にプラスチック磁石３４の割れを防止することができる。

この発明の実施の形態１によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図である。 図１のモータ用ロータの縦断面図である。 この発明の実施の形態１によるリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態のモータ用ロータと磁束密度分布を比較するためのモータ用ロータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態２によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図である。 図５のモータ用ロータの縦断面図である。 この発明の実施の形態２によるリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図である。 図８のモータ用ロータの縦断面図である。 この発明の実施の形態３によるリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置を示す横断面図である。 図１０のリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態４によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図である。 図１２のモータ用ロータの縦断面図である。 この発明の実施の形態４のリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置による製造工程を示す横断面図である。 図１４のプラスチック磁石の製造工程を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態４のリング状の極異方性プラスチック磁石の製造装置による製造工程を示す横断面図である。 この発明の実施の形態５によるリング状の極異方性プラスチック磁石を用いたモータ用ロータを示す横断面図である。 図１７のモータ用ロータの縦断面図である。 発明が解決使用とする課題を説明するためのキャビティの外部からの磁界の概略図である。 発明が解決使用とする課題を説明するための非磁性の軸部材を用いたプラスチック磁石製造装置の概略図である。

符号の説明

１０ シャフト、１５ 連結部材、２０，２１，２２ 強磁性部材、
２３ 軟磁性部材、２４ 硬磁性部材、
３０，３１，３２，３３，３４ リング状の極異方性プラスチック磁石、
５０ リング状磁石の製造装置、５１ リング状の非磁性部材、
５２ 強磁性体の軸部材、５３ 磁芯、５５ 永久磁石、Ｋ キャビティ。

Claims (7)

1. リング外周面の磁極からリング内周面に向けて略円弧状の磁化容易軸が形成され、上記リング内周面から外部に向けて発生した略円弧状の磁力線が隣の磁極付近のリング内周面へ到達し、さらに上記リング内周面からリング外周面の上記隣の磁極に向けて略円弧状の磁化容易軸が形成されていることを特徴とするリング状の極異方性プラスチック磁石。
2. 磁極付近でのリング肉厚を最大肉厚とし、隣り合う磁極間の周方向の中間位置付近でのリング肉厚を最小肉厚とし、上記最小肉厚が上記最大肉厚に対して４０％以上となるように、リング内周の周方向に周期的な凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリング状の極異方性プラスチック磁石。
3. 上記極異方性プラスチック磁石は、希土類系磁性粉末と樹脂の混合物により形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリング状の極異方性プラスチック磁石。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリング状の極異方性プラスチック磁石の内周側に、シャフトに固定された強磁性部材が配設されていることを特徴とするモータ用ロータ。
5. 上記シャフトと上記強磁性部材が樹脂製の連結部材により連結されていることを特徴とする請求項４に記載のモータ用ロータ。
6. 上記強磁性部材は鋼板を軸方向に積層して形成され、上記強磁性部材を上記シャフトに固定していることを特徴とする請求項４に記載のモータ用ロータ。
7. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリング状の極異方性プラスチック磁石と、上記シャフトとは、樹脂と磁性粉末の混合物からなる部材によって一体に形成されていることを特徴とするモータ用ロータ。

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