JP2007274772A - モータ用磁石成形体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを効果的に低減すること。
【解決手段】本発明は、磁性粉及びバインダを含む混合材料からなる円筒状又は半円筒状のモータ用磁石成形体２２，２３あって、前記混合材料における磁性粉の混合比率が、磁極の中央部２２ａで高く、磁極の境界部２２ｂで低いことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁性粉及びバインダを含む混合材料からなる円筒状又は半円筒状のモータ用磁石成形体及びその製造方法に関する。

従来から、磁性粉を結合樹脂で結合してなる一体型の円筒状磁石において、コギングトルクの低減のために、径方向の肉厚が円円周方向で変化する肉厚変化部を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−３５９３３号公報

ところで、一般的な従来のコギングトルク低減方法としては、図１に示すように、磁石の内面周側と外周側を偏心させて成形することや、上記の従来技術と同様の考え方で、図２に示すように、コア側にコアスキューを形成することや、或いは、磁石の端部の着磁を中央部に比べて弱めることが行われている。

しかしながら、磁石の偏心による方法では、磁石の端部が薄くなり組み付け時や搬送時に端部が欠けやすいという欠点がある。また、コアスキューによる方法では、コア組み付け時にねじるという工程が必要となるため、組み付け時に余計な工数が必要となる。また、磁石の端部の着磁を制限する方法では、モータ起動時等の逆磁界が発生したときに減磁しやすいという欠点がある。

そこで、本発明は、新規な方法により、コギングトルクを効果的に低減することが可能なモータ用磁石成形体及びその製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明は、磁性粉及びバインダを含む混合材料からなる円筒状又は半円筒状のモータ用磁石成形体あって、
前記混合材料における磁性粉の混合比率が、磁極の中央部で高く、磁極の境界部で低いことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係るモータ用磁石成形体において、板厚が全周に亘って略一定であることを特徴とする。これにより、磁石成形体における端部に必要な強度を付与することができる。

第３の発明は、第１又は２の発明に係るモータ用磁石成形体において、前記混合材料に含まれる磁性粉は、飽和領域まで着磁されていることを特徴とする。これにより、モータ起動時等の逆磁界が発生したときに減磁することを防止することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係るモータ用磁石成形体において、
前記混合材料における磁性粉の混合比率は、磁極の中央部から磁極の境界部にかけて連続的に変化することを特徴とする。これにより、コギングトルクをより効果的に低減することができる。

第５の発明は、磁性粉及びバインダを含む混合材料から成形されるモータ用磁石成形体の製造方法であって、
磁性粉及びバインダの混合比率が異なる複数種類の混合材料を調合する段階と、
磁性粉の混合比率が高い種類の混合材料を、モータ用磁石成形体の磁極の中央部を形成するように成形型の第１の注入口から注入する段階と、
磁性粉の混合比率が低い種類の混合材料を、モータ用磁石成形体の磁極の境界部を形成するように成形型の第２の注入口から注入する注入段階とを含むことを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明に係るモータ用磁石成形体の製造方法において、
印加される磁界が、磁極の中央部で高く、磁極の境界部で低くなるように、前記成形型に注入された混合材料に磁界を印加する段階を含むことを特徴とする。

第７の発明は、磁性粉及びバインダを含む混合材料から成形されるモータ用磁石成形体の製造方法であって、
磁性粉及びバインダを含む混合材料を成形型に注入する段階と、
前記成形型に注入された混合材料に磁界を印加して、前記混合材料における磁性粉を流動させ、前記混合材料における磁性粉の混合比率が、磁極の中央部で高く、磁極の境界部で低くなるようにする段階とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、コギングトルクを効果的に低減することが可能なモータ用磁石成形体及びその製造方法が得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明による磁石成形体が適用可能なモータ１０の一実施例を示す図である。図１に示すモータ１０は、ブラシ付きＤＣモータであり、アーマチァ（電機子）１２、ブラシ１４、整流子１６、巻き線１８及びステータ２０を備える。ブラシ１４は、整流子１６との摺動接触を介して電流を供給する部品であり、図示の例では、２極のみ設定されている。

ステータ２０は、磁石（界磁石）２２とヨーク（継鉄）２４とからなる。ヨーク２４は、後述の磁石成形体２２と協働して磁気回路を構成し、図示の例では、モータハウジングを構成する。モータハウジングは、例えばヨーク２４を覆う別のカバー部材や、補助ヨーク等を含んでもよい。

磁石成形体２２は、磁性粉と樹脂バインダとの混合材料により成形され、ロータ部（アーマチァ１２等）の回転を引き起こすための磁界を形成する永久磁石を構成する。磁性粉は、フェライトや、サマリウムコバルトやネオジウム、Sm-Fe-N系等の如何なる磁性粉及びそれらの混合粉であってもよい。図示の例では、磁石成形体２２は、円筒を所定角度範囲で分割した半円筒状の形態を有するが、完全な円筒形であってもよい。磁石成形体２２は、Ｓ極及びＮ極の２つの磁極中心がモータ１０の中心軸を通る対角線上で対向するように、円筒状のモータハウジングの内周壁に沿って設けられる。尚、磁石成形体２２は、モータハウジングにマグネットピン等の適切な固定手段を介して取り付けられてよい。

図２（Ａ）は、モータ１０の軸方向に視た一の磁石成形体２２の断面図を示し、図２（Ｂ）は、モータ１０の中心軸側から磁極中心方向を視た同磁石成形体２２の正面図を示す。図２では、磁性粉が含まれている割合が高い部位ほど色の濃いハッチングが施されている。

磁石成形体２２は、図２（Ａ）に示すように、円周方向に沿って略一定の厚みｔ（径方向の厚み、以下同じ）を有する。即ち、磁石成形体２２は、偏心が無く、両端部及び中央部において同等の厚みを有する。

本実施例の磁石成形体２２では、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、混合材料における磁性粉の混合比率（磁性材密度）が磁石成形体２２の円周方向で変化されている。この際、混合材料における磁性粉の混合比率は、磁極の中央部で高く、磁極の境界部（Ｎ極とＳ極の境目）で低くなるように調整される。即ち、磁性材密度が、磁石成形体２２の円周方向の中央部２２ａで最も高く、磁石成形体２２の円周方向の端部２２ｂで最も低くなるように調整される。

図３は、本実施例の磁石成形体２２における磁性材密度の円周方向の変化態様を示す概念図である。図３では、縦軸に磁性材密度を示し、横軸に円周方向の角度を示し、磁石成形体２２の磁極中心位置の角度を90度とする。

本実施例の磁石成形体２２においては、図３に示すように、混合材料における磁性粉の混合比率（磁性材密度）は、磁石成形体２２の端部２２ｂで極小となり、磁石成形体２２の中央部２２ａで極大となる位相の略正弦波に従って変化する。即ち、混合材料における磁性粉の混合比率は、略正弦波に従って、磁石成形体２２の円周方向で連続的に変化される。これにより、磁石成形体２２により形成される磁界は、磁性材密度と同様の変化態様で、円周方向に沿って滑らかに変化するので、モータ１０のコギングトルクが効果的に低減される。

図４は、本発明のその他の実施例による磁石成形体２３の正面図を示す。図４では、磁性粉が含まれている割合が高い部位ほど色の濃いハッチングが施されている。

磁石成形体２３は、同様に、略一定の厚みｔを有する。即ち、磁石成形体２３は、偏心が無く、両端部２３ｂ及び中央部２２ａにおいて同等の厚みを有する。

本実施例の磁石成形体２３では、図４に示すように、混合材料における磁性粉の混合比率（磁性材密度）が磁石成形体２３の軸方向で変化されている。即ち、磁石成形体２３は、磁性粉の混合比率が高い部位２３ａ（高密部２３ａ）と、磁性粉の混合比率が低い部位２３ｂとを有し、高密部２３ａ及び部位２３ｂの軸方向の長さは、磁石成形体２３の各角度位置で異なる。高密部２３ａの軸方向の長さは、図４に示すように、磁極の中央部で大きく、磁極の境界部で小さくなるように設定される。例えば、高密部２３ａの軸方向の長さは、磁石成形体２３の円周方向の中央部で極大となり、磁石成形体２３の円周方向の端部で極小となる正弦波波形に従って変化してよい。これにより、混合材料における磁性粉の混合比率は、磁極の中央部で高く、磁極の境界部で低くなる。即ち、磁性材密度が、磁石成形体２３の円周方向の中央部で最も高く、磁石成形体２３の円周方向の端部で最も低くなる。

このように、図２に示した例のように、混合材料における磁性粉の混合比率を円周方向に連続的に変化させてもよいし、図４に示した例のように、混合材料における磁性粉の混合比率を軸方向に変化させてもよいし、或いは、図示しないが、これらの組み合わせにより、混合材料における磁性粉の混合比率が、正弦波に従って磁極の中央部で高く磁極の境界部で低くなるようにしてもよい。

次に、図２に示した磁石成形体２２の製造方法について説明する。図５は、磁石成形体２２の製造方法の主要工程を示すフローチャートである。図６は、型締めされた状態の磁石成形体２２の成形金型５０の断面を概略的に示す図である。成形金型５０には、磁石成形体２２の３次元形状に対応したキャビティ５２が形成されている。磁石成形体２２の中央部２２ａに対応するキャビティ５２の中央部５２ａには、第１の注型口５４が形成され、磁石成形体２２の端部２２ｂに対応する磁石成形体２２の端部５２ｂには、第２の注型口５６が形成されている。

ステップ１００では、磁性粉の混合比率が異なる複数種類の混合材料が用意される。本例では、磁性粉の混合比率が高い第１の混合材料と、磁性粉の混合比率が低い第２の混合材料の２種類が用意される。

ステップ１１０では、混合材料が成形金型５０に注入される。具体的には、第１の混合材料が、第１の注型口５４を介して成形金型５０のキャビティ５２に注入され、同時に、第２の混合材料が第２の注型口５６を介して、同キャビティ５２に注入される。これにより、第１の注型口５４を介して注入された第１の混合材料は、キャビティ５２の中央部５２ａに最も高密に充填され、キャビティ５２の中央部５２ａから端部５２ｂにかけて徐々に低くなる密度で充填されることになる。また、第２の注型口５６を介して注入された第２の混合材料は、キャビティ５２の端部５２ｂに最も高密に充填され、キャビティ５２の端部５２ｂから中央部５２ａにかけて徐々に低くなる密度で充填されることになる。

ステップ１２０では、成形金型５０に磁界が印加される。この際、印加される磁界は、キャビティ５２の中央部５２ａに混合材料内の磁性粉が集まるように形成される。この磁界は、成形金型５０に対して設けられる磁場成形機、又は、成形金型５０に埋設された永久磁石により形成されてよい。この際、印加される磁界は、好ましくは、図３に示したような所望の磁性材密度の変化態様に対応した正弦波波形になるように形成される。尚、樹脂バインダの流動性（粘度）が高い場合には、混合材料内の磁性粉の流動が困難であるので、当該ステップ１２０の磁界印加処理は省略されてもよい。

ステップ１３０では、樹脂バインダの硬化（例えば焼結）が行われる。樹脂バインダの硬化が完了すると、上述の磁性粉の密度分布状態が維持される。尚、上記のステップ１２０による磁界の印加は、樹脂バインダの硬化が完了するまで継続されてよい。これにより、上述の磁性粉の密度分布を維持した状態で、樹脂バインダの硬化を実現することができる。

ステップ１４０では、硬化された成形品に含まれる磁性粉に対して飽和領域まで着磁が行われる。この着磁処理は、成形品に含まれる全磁性粉が均一に飽和領域まで十分着磁するように行われる。即ち、成形品の端部及び中央部を含む全領域に対して均一に飽和領域まで着磁する。この結果、磁石成形体２２が出来上がる。尚、磁石成形体２２を異方性磁石（例えばラジアル異方性）とする場合には、飽和領域までの着磁は、配向磁場を印加した後に実行されればよく、磁石成形体２２を等方性磁石とする場合には、飽和領域までの着磁は、配向磁場を印加することなく実行されればよい。

このように、本実施例によれば、磁石成形体２２の中央部２２ａで最も高くなり、中央部２２ａから端部２２ｂに向けて徐々に小さくなる磁性材密度を持つ磁石成形体２２を得ることができる。これにより、この磁石成形体２２をモータ１０に搭載することで、モータ１０のコギングトルクを効果的に防止することができる。

また、本実施例によれば、磁石成形体２２の厚みを変化させること無く、磁石成形体２２の磁束密度を円周方向で変化させることができるので、磁石成形体２２の端部が組み付け時や搬送時に破損してしまうことも無い。

更に、本実施例によれば、磁石成形体２２の端部（磁極の境界部）を含む全領域に含まれる磁性粉が飽和領域まで着磁されているので、モータ起動時等の逆磁界が発生したときに減磁することが防止される。即ち、モータ１０内に搭載された状態で、減磁されない安定した磁束特性を維持することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、半円筒形の磁石成形体２２を２つ組み合わせて両磁極を形成しているが、完全な円筒形の形態の磁石成形体を形成し、当該円筒形の磁石成形体に各磁極を形成してもよい。この場合も同様に、２極構成であれば、互いに対向する２つの中央部（磁極中心）で最も高くなり、中央部から端部（磁極の境界部）に向けて徐々に小さくなる磁性材密度を実現すればよい。

また、上述の実施例では、２種類の混合材料を用いているが、磁性粉の混合比率が異なる３種類以上の混合材料を用意し、その種類の数に応じた数の注型口を介して、それぞれの混合材料を成形金型５０に注入してもよい。この場合、磁性粉の密度分布をよりきめ細かく調整することが可能となる。

また、上述の実施例では、磁石成形体２２の端部の強度を維持するために、磁石成形体２２の板厚を一定としているが、本発明は、磁石成形体２２の板厚を変化させる構成を完全に除外するものではなく、磁石成形体２２の板厚を変化させる構成と組み合わせて用いることも可能である。同様に、コアスキューを形成する構成と組み合わせて用いることも可能である。

また、上述の実施例では、２極構成であったが、４極や６極等の多極の場合であっても同様に適用可能である。

また、上述の実施例では、磁石成形体２２を一体成形しているが、例えば、図４に示した磁石成形体２３の場合、高密部２３ａとその他の部位２３ｂとを別々に形成して、これらを組み合わせて用いることが可能である。

以上のとおり本発明は、ワイパモータやブロアモータ等のような、車両に搭載される各種モータ用の磁石成形体に限らず、家庭電化製品又は携帯電話等のような身の回りの多くの製品において使用される各種モータ用の磁石成形体にも適用可能である。例えばＤＶＤドライブのようなディスク装置やプロッタ、コピー機等で使用される各種モータ用の磁石成形体にも適用可能である。

本発明による磁石成形体が適用可能なモータ１０の一実施例を示す図である。 図２（Ａ）は、モータ１０の軸方向に視た磁石成形体２２の断面図であり、図２（Ｂ）は、モータ１０の中心軸から磁極中心方向を視た磁石成形体２２の正面図である。 本実施例の磁石成形体２２における磁性材密度の円周方向の変化態様を示す概念図である。 本発明のその他の実施例による磁石成形体２３の正面図である。 磁石成形体２２の製造方法の主要工程を示すフローチャートである。 型締めされた状態の磁石成形体２２の成形金型５０を概略的に示す図である。

符号の説明

１０ モータ
１２ アーマチァ
１４ ブラシ
１６ 整流子
１８ 巻き線
２０ ステータ
２２ 磁石成形体
２２ａ 中央部
２２ｂ 端部
２３ 磁石成形体
５０ 成形金型

Claims (7)

1. 磁性粉及びバインダを含む混合材料からなる円筒状又は半円筒状のモータ用磁石成形体あって、
   前記混合材料における磁性粉の混合比率が、磁極の中央部で高く、磁極の境界部で低いことを特徴とする、モータ用磁石成形体。
2. 板厚が全周に亘って略一定である、請求項１に記載のモータ用磁石成形体。
3. 前記混合材料に含まれる磁性粉は、飽和領域まで着磁されている、請求項１又は２に記載のモータ用磁石成形体。
4. 前記混合材料における磁性粉の混合比率は、磁極の中央部から磁極の境界部にかけて連続的に変化する、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ用磁石成形体。
5. 磁性粉及びバインダを含む混合材料から成形されるモータ用磁石成形体の製造方法であって、
   磁性粉及びバインダの混合比率が異なる複数種類の混合材料を調合する段階と、
   磁性粉の混合比率が高い種類の混合材料を、モータ用磁石成形体の磁極の中央部を形成するように成形型の第１の注入口から注入する段階と、
   磁性粉の混合比率が低い種類の混合材料を、モータ用磁石成形体の磁極の境界部を形成するように成形型の第２の注入口から注入する注入段階とを含むことを特徴とする、モータ用磁石成形体の製造方法。
6. 印加される磁界が、磁極の中央部で高く、磁極の境界部で低くなるように、前記成形型に注入された混合材料に磁界を印加する段階を含む、請求項５に記載のモータ用磁石成形体の製造方法。
7. 磁性粉及びバインダを含む混合材料から成形されるモータ用磁石成形体の製造方法であって、
   磁性粉及びバインダを含む混合材料を成形型に注入する段階と、
   前記成形型に注入された混合材料に磁界を印加して、前記混合材料における磁性粉を流動させ、前記混合材料における磁性粉の混合比率が、磁極の中央部で高く、磁極の境界部で低くなるようにする段階とを含むことを特徴とする、モータ用磁石成形体の製造方法。