JP2019054664A - Permanent magnet for motor and dc motor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ用永久磁石およびそれを用いた直流モータに関する。 The present invention relates to a permanent magnet for a motor and a DC motor using the same.
ＯＡ機器や情報機器などの駆動に用いられるモータでは、滑らかな回転で振動騒音を低減することが求められる。このためにはコギングトルクの低減が重要となる。直流モータにおけるコギングトルクを低減する技術として、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。 Motors used for driving OA equipment and information equipment are required to reduce vibration noise with smooth rotation. For this purpose, it is important to reduce the cogging torque. As a technique for reducing cogging torque in a DC motor, for example, a technique described in Patent Document 1 is known.
特許文献１に記載された直流モータは、モータフレームを兼ねるヨークを備えている。ヨークの構造は、磁性体により構成された角が丸い四角形の断面形状を有した筒型である。ヨークの内側には、異方性Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石粉末により構成された界磁マグネットが収納されている。界磁マグネットは、ヨークの内側にちょうど収まる外形を有する。具体的には、界磁マグネットの断面形状は、外側の形状が角が丸い四角形で、内側の形状が円形である。また、界磁マグネットは、４つの角部が磁極となり、４極に着磁されている。これら磁極の中心は、半径方向の厚みが最大となる部分と一致する。また、界磁マグネットの断面形状において、半径方向の厚さは、磁極間の中央部分、つまり磁極が切り替わる部分で最小となる。そして、界磁マグネットの磁極間の中央から±１０°の範囲において、磁気ベクトルの角度の変化率を０より大きく、１．５以下としている。これにより、起動トルクの低下を抑えつつ、コギングトルクを低減し得る。 The DC motor described in Patent Document 1 includes a yoke that also serves as a motor frame. The structure of the yoke is a cylindrical shape having a quadrangular cross section with rounded corners made of a magnetic material. A field magnet made of anisotropic Sm—Fe—N magnet powder is housed inside the yoke. The field magnet has an outer shape that just fits inside the yoke. Specifically, as for the cross-sectional shape of the field magnet, the outer shape is a quadrangle with rounded corners, and the inner shape is circular. The field magnet is magnetized to four poles with four corners as magnetic poles. The centers of these magnetic poles coincide with the portion where the thickness in the radial direction is maximum. Further, in the cross-sectional shape of the field magnet, the thickness in the radial direction is minimum at the central portion between the magnetic poles, that is, the portion where the magnetic poles are switched. In the range of ± 10 ° from the center between the magnetic poles of the field magnet, the rate of change of the angle of the magnetic vector is greater than 0 and 1.5 or less. Thereby, the cogging torque can be reduced while suppressing a decrease in the starting torque.
しかしながら、従来、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末から構成された直流モータ用永久磁石、および該モータ用永久磁石を有する直流モータにおいては、コギングトルクは大きい。 However, the cogging torque is large in conventional DC motor permanent magnets made of isotropic Nd—Fe—B magnet powder and DC motors having the motor permanent magnets.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末から構成されており、コギングトルクが低減されたモータ用永久磁石、および該モータ用永久磁石を有する直流モータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is composed of an isotropic Nd-Fe-B magnet powder, and a permanent magnet for a motor with reduced cogging torque, and the permanent magnet for a motor. An object of the present invention is to provide a direct current motor having the same.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るモータ用永久磁石は、４極の磁極を有する筒状のモータ用永久磁石であって、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粒子およびバインダー樹脂硬化物を含むボンド磁石であり、断面の外周は、二対の対向する辺の端部が曲部により接続された形状であり、断面の内周が円であり、上記円の半径方向における上記内周と上記外周との厚みのうち最厚部に形成された磁極の中心において、磁気ベクトルの方向が、上記最厚部の厚み方向に対して平行または略平行であり、上記円の半径方向における上記内周と上記外周との厚みのうち最薄部に形成された磁極の境界において、磁気ベクトルの方向が、上記最薄部の厚み方向に対して垂直または略垂直であり、上記磁極の境界から±１０°の範囲における上記磁気ベクトルの角度の変化率が１．５５以上１．８５以下である。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a motor permanent magnet according to an aspect of the present invention is a cylindrical motor permanent magnet having four magnetic poles, and isotropic Nd-Fe. -A bonded magnet containing a B-based magnet particle and a binder resin cured product, the outer periphery of the cross section is a shape in which the ends of two opposing sides are connected by a curved portion, and the inner periphery of the cross section is a circle The direction of the magnetic vector is parallel or substantially parallel to the thickness direction of the thickest portion at the center of the magnetic pole formed in the thickest portion of the thicknesses of the inner circumference and the outer circumference in the radial direction of the circle. And the direction of the magnetic vector is perpendicular to the thickness direction of the thinnest part at the boundary of the magnetic pole formed at the thinnest part of the thicknesses of the inner circumference and the outer circumference in the radial direction of the circle or Nearly vertical, ± 10 ° from the boundary of the magnetic pole The change rate of the angle of the magnetic vector in the range of 1.55 to 1.85.
本発明の一態様によれば、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末から構成されており、コギングトルクが低減されたモータ用永久磁石、および該モータ用永久磁石を有する直流モータを提供できる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a permanent magnet for a motor that is made of isotropic Nd—Fe—B magnet powder and has a reduced cogging torque, and a DC motor having the permanent magnet for a motor. .
以下、実施形態に係るモータ用永久磁石および直流モータについて図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の数値の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの数値の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 Hereinafter, a permanent magnet for a motor and a DC motor according to an embodiment will be described with reference to the drawings. It should be noted that the numerical relationship of each element in the drawings, the ratio of each element, and the like may differ from the actual situation. In addition, there are cases in which portions having different numerical relationships and ratios are included between the drawings.
＜実施形態＞
図１は、実施形態に係る直流モータの断面を示す図である。なお、図１は、直流モータ１の回転軸Ｏと垂直方向の断面を示している。図１に示す直流モータ１は、モータフレーム１０、モータ用永久磁石２０およびロータ３０を有する。直流モータ１は、ロータ３０に流れる電流の向きを切り替えて、磁力の反発および吸引の力による回転力を生成させる。
<Embodiment>
Drawing 1 is a figure showing the section of the direct-current motor concerning an embodiment. FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the rotation axis O of the DC motor 1. A DC motor 1 shown in FIG. 1 includes a
モータフレーム１０は、筒状に形成されている。具体的には、二対の対向する辺の端部が曲部により接続された形状（断面が正方形などの四角形の辺の一部を残しながら角部を内側に押しつぶした形状）を有する。いいかえると、モータフレーム１０において、４つの角部は円弧形状を有し、隣接する角部は略直線で連結されている。
The
モータフレーム１０は、軟磁性材料により形成されており、ヨークとして機能する。モータフレーム１０は、例えば、所定の厚さの軟磁性の鋼板（例えば、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ））を絞り加工して得られる。
The
モータ用永久磁石２０は、４極の磁極を有し、筒状に形成されている。また、モータ用永久磁石２０は、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粒子およびバインダー樹脂硬化物を含むボンド磁石であり、直流モータ１の界磁マグネットである。
The motor
上記ボンド磁石は、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末およびバインダー樹脂を含む組成物から得られる。等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末は、異方性Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石粉末よりもコストを抑えられるため好適に用いられる。 The bond magnet is obtained from a composition containing an isotropic Nd—Fe—B magnet powder and a binder resin. The isotropic Nd—Fe—B magnet powder is preferably used because the cost is lower than that of the anisotropic Sm—Fe—N magnet powder.
等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を構成するＮｄ（ネオジム）−Ｆｅ（鉄）−Ｂ（ホウ素）系磁石は、三元系正方晶化合物であるＮｄ2Ｆｅ14Ｂ型化合物相を主相として含む。また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、通常Ｎｄリッチ相などをさらに含む。 The Nd (neodymium) -Fe (iron) -B (boron) -based magnet constituting the isotropic Nd-Fe-B-based magnet powder is mainly composed of an Nd 2 Fe 14 B-type compound phase which is a ternary tetragonal compound. Include as a phase. In addition, the Nd—Fe—B based magnet usually further includes an Nd rich phase and the like.
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石において、Ｎｄ以外の希土類元素が含まれていてもよい。Ｎｄ以外の希土類元素として、プラセオジム（Ｐｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）が挙げられる。Ｎｄ以外の希土類元素は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 The Nd—Fe—B based magnet may contain a rare earth element other than Nd. As rare earth elements other than Nd, praseodymium (Pr), scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd) ), Terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu). Rare earth elements other than Nd may be used alone or in combination of two or more.
Ｆｅは、一部（通常５０原子％未満）がＣｏで置換されていてもよい。 Fe may be partially substituted with Co (usually less than 50 atomic%).
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、その他の元素を含んでいてもよい。その他の元素としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）が挙げられる。その他の元素は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 The Nd—Fe—B based magnet may contain other elements. Examples of other elements include titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and tungsten (W). Other elements may be used alone or in combination of two or more.
上記組成物は、主剤としてエポキシ樹脂および硬化剤を含む。エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等の直鎖型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等の多官能型エポキシ樹脂；テトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂；トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂などが挙げられる。エポキシ樹脂は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 The said composition contains an epoxy resin and a hardening | curing agent as a main ingredient. Epoxy resins include linear epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resins and bisphenol F type epoxy resins; polyfunctional type epoxy resins such as phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac type epoxy resins, and naphthol novolak type epoxy resins; tetrakis Examples thereof include phenol ethane type epoxy resins; trisphenol methane type epoxy resins. An epoxy resin may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
硬化剤としては、ビスフェノールＡ型硬化剤、トリスフェノールメタン型硬化剤等のフェノール系硬化剤；脂肪族ポリアミン、ポリアミノアミド、ケティミン、脂環族ジアミン、芳香族ジアミン、３級アミン等のアミン系硬化剤；ジシアンジアミド類；酸無水物；メルカプタン系化合物；フェノール樹脂；アミノ樹脂；ルイス酸錯化合物；イソシアネート化合物などが挙げられる。硬化剤は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 Curing agents include phenolic curing agents such as bisphenol A curing agent and trisphenolmethane curing agent; amine curing such as aliphatic polyamines, polyaminoamides, ketimines, alicyclic diamines, aromatic diamines, and tertiary amines. Agents; dicyandiamides; acid anhydrides; mercaptan compounds; phenol resins; amino resins; Lewis acid complex compounds; A hardening | curing agent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
上記組成物は、硬化促進剤をさらに含んでいてもよい。硬化促進剤としては、２−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−ウンデシルイミダゾリル−（２’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−エチル−４−メチルイミダゾリル−（３’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ジヒドロキシメチルイミダゾールなどが挙げられる。硬化促進剤は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 The composition may further contain a curing accelerator. As the curing accelerator, 2-methylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4- Methylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4- Methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazolium trimellitate, 2,4-diamino-6- [2'-methylimidazolyl- (1 ')]-ethyl-s- Triazine, 2,4-diamino-6- [ '-Undecylimidazolyl- (2')]-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6- [2'-ethyl-4-methylimidazolyl- (3 ')]-ethyl-s-triazine, 2 -Phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole, 2-phenyl-4-methyl-5-dihydroxymethylimidazole and the like. A hardening accelerator may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
上記ボンド磁石の製造においては、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、バインダー樹脂および硬化剤などを混合し、上記組成物を調製する。次いで、上記組成物を圧縮成形して成形体を得る。次いで、上記成形体を加熱してエポキシ樹脂を熱硬化させて被着磁体を得る。適宜、上記被着磁体に、防錆処理として塗装処理を施す。次いで、着磁処理を行うと、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粒子およびバインダー樹脂硬化物（エポキシ樹脂硬化物）を含むボンド磁石が得られる。 In the production of the bonded magnet, an isotropic Nd—Fe—B magnet powder, a binder resin and a curing agent are mixed to prepare the composition. Subsequently, the said composition is compression-molded and a molded object is obtained. Subsequently, the said molded object is heated and an epoxy resin is thermosetted and a to-be-adhered magnetic body is obtained. As appropriate, a coating treatment is applied to the adherend as a rust prevention treatment. Next, when a magnetizing process is performed, a bonded magnet containing isotropic Nd—Fe—B magnet particles and a cured binder resin (cured epoxy resin) is obtained.
モータ用永久磁石２０は、断面の外周が、二対の対向する辺の端部が曲部により接続された形状（四角形の辺の一部を残しながら角部２１を内側に押しつぶした形状）である。いいかえると、モータ用永久磁石２０の外周において、４つの角部２１は円弧形状を有する。このように、モータ用永久磁石２０は、モータフレーム１０の内側に収まる外形を有している。そして、モータフレーム１０の内側に格納され、密着配置されている。また、モータ用永久磁石２０は、断面の内周が円である。このように、モータ用永久磁石２０は、内側に空間を有している。そして、モータ用永久磁石２０は、上記空間に後述するロータ３０を収納する。なお、上記円の中心は、ロータ３０の回転軸Ｏと一致する。
The motor
モータ用永久磁石２０の断面では、モータフレーム１０の角部に対向する部分に、上記円の半径方向における最厚部が設けられている。また、モータ用永久磁石２０の断面では、モータフレーム１０の辺に対向する部分に、上記円の半径方向における最薄部が設けられている。
In the cross section of the motor
また、モータ用永久磁石２０では、最厚部に磁極の中心が一致するように着磁されている。すなわち、４つの最厚部は、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極と順に着磁されている。このため、モータ用永久磁石２０は、４極の磁極を有する。また、モータ用永久磁石２０では、最薄部に磁極が切り替わる部分、いいかえると磁極の境界が一致するように着磁されている。
Moreover, in the
モータ用永久磁石２０では、上記円の半径方向における上記内周と上記外周との厚みのうち最厚部に形成された磁極の中心において、磁気ベクトルの方向は、上記最厚部の厚み方向に対して平行または略平行である。また、モータ用永久磁石２０では、上記円の半径方向における上記内周と上記外周との厚みのうち最薄部に形成された磁極の境界において、磁気ベクトルの方向は、上記最薄部の厚み方向に対して垂直または略垂直である。なお、図１では、モータ用永久磁石２０中の矢印によって、概念的に磁気ベクトルを示している。モータ用永久磁石２０について表面磁束密度を測定し、この測定結果から磁気ベクトルの方向を求めることができる。
In the motor
また、モータ用永久磁石２０では、上記磁極の境界に対して±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率が１．５５以上１．８５以下である。上記特定の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率について説明するために、まず、磁気ベクトルの方向および磁気ベクトルの角度の変化率について説明する。
Further, in the motor
（磁気ベクトルの方向）
磁気ベクトルの方向を表すための角度について、基本となる角度を機械角と称する。図１の下部には、機械角の定義を記載している。機械角は、図１の９時の方向（左方向）を０°として、そこから時計回りに１２時の方向（上方向）を９０°、３時の方向（右方向）を１８０°、６時の方向（下方向）を２７０°とする。したがって、図１のＡの位置が角度０°であり、Ｂの位置が角度１８０°である。
(Direction of magnetic vector)
Regarding the angle for representing the direction of the magnetic vector, the basic angle is referred to as a mechanical angle. The definition of the mechanical angle is described in the lower part of FIG. The mechanical angle is set to 0 ° in the 9 o'clock direction (left direction) in FIG. 1, and from there, 90 ° in the 12 o'clock direction (upward), 180 ° in the 3 o'clock direction (right direction) The hour direction (downward) is 270 °. Therefore, the position of A in FIG. 1 is an angle of 0 °, and the position of B is an angle of 180 °.
モータ用永久磁石２０では、上述のように最薄部が磁極の境界である。磁極の境界の位置は、角度０°（３６０°）、９０°、１８０°、２７０°の角度位置である。これらの位置では、モータ用永久磁石２０における磁気ベクトルの方向は、最薄部の厚み方向に対して垂直（または略垂直）である。いいかえると、これらの位置では、磁気ベクトルの方向は、上記断面の内周の円における磁極の境界での接線方向に一致または略一致する。
In the motor
一方、モータ用永久磁石２０における磁極の中心の位置は、角度４５°、１３５°、２２５°、３１５°の角度位置である。これらの位置では、モータ用永久磁石２０における磁気ベクトルの方向は、最厚部の厚み方向に対して平行（具体的には同じ方向または逆方向）または略平行である。いいかえると、これらの位置では、磁気ベクトルの方向は、上記断面の内周の円における磁極の中心での接線方向に垂直または略垂直である。
On the other hand, the position of the center of the magnetic pole in the motor
上記円における接線方向に対する角度で考えると、上記接線方向に対する磁気ベクトルの角度は、以下の通りである。すなわち、機械角０°の位置で０°（つまり平行）であり、機械角４５°の位置で９０°（直角）であり、機械角９０°の位置で０°（平行）であり、機械角１３５°の位置で９０°（直角）であり、機械角１８０°の位置で０°（平行）であり、機械角２２５°の位置で９０°（直角）であり、機械角２７０°の位置で０°（平行）であり、機械角３１５°の位置で９０°（直角）である。より具体的には、後述する実施例において説明する図３のようになる。図３において、横軸は機械角（ｄｅｇ）であり、縦軸は上記接線方向に対する磁気ベクトルの角度（ｄｅｇ）である。
Considering the angle with respect to the tangential direction in the circle, the angle of the magnetic vector with respect to the tangential direction is as follows. That is, 0 ° (that is, parallel) at the mechanical angle of 0 °, 90 ° (right angle) at the mechanical angle of 45 °, 0 ° (parallel) at the mechanical angle of 90 °, and the
（磁気ベクトルの角度の変化率）
図１では、モータ用永久磁石２０中の矢印によって、磁気ベクトルを示している。磁気ベクトルの方向は、磁極の中心（例えば４５°の位置）と磁極の境界（例えば９０°の位置）との間において、４５°の範囲で徐々に変化する。なお、磁気ベクトルの方向の分布が図１に示す分布となるように、モータ用永久磁石２０に対して着磁を行う。
(Change rate of magnetic vector angle)
In FIG. 1, the magnetic vector is indicated by an arrow in the motor
この磁気ベクトルの方向の変化の割合が、磁気ベクトルの角度の変化率である。ここで、磁気ベクトルの角度をθ、機械角をφ、それらの微小変化分をΔθおよびΔφとすると、磁気ベクトルの角度の変化率は、Δθ／Δφで示される。なお、磁気ベクトルの角度θは、上記接線方向に対する角度である。また、直感的には、磁気ベクトルの角度の変化率は、後述する実施例において説明する図３のグラフの傾きに対応する。 The rate of change in the direction of the magnetic vector is the rate of change in the angle of the magnetic vector. Here, assuming that the angle of the magnetic vector is θ, the mechanical angle is φ, and those minute changes are Δθ and Δφ, the change rate of the angle of the magnetic vector is represented by Δθ / Δφ. The angle θ of the magnetic vector is an angle with respect to the tangential direction. Intuitively, the change rate of the angle of the magnetic vector corresponds to the slope of the graph of FIG. 3 described in an embodiment described later.
具体的には、磁気ベクトルの角度の変化率が相対的に大きい場合は、位置が少しずれると、磁気ベクトルの方向が大きく変化する。一方、磁気ベクトルの角度の変化率が相対的に小さい場合は、位置が少しずれても、磁気ベクトルの方向は大きく変化しない。 Specifically, when the rate of change of the angle of the magnetic vector is relatively large, the direction of the magnetic vector changes greatly if the position is slightly shifted. On the other hand, when the change rate of the angle of the magnetic vector is relatively small, the direction of the magnetic vector does not change greatly even if the position is slightly shifted.
ここで、上記特定の範囲における上記磁気ベクトルの角度の変化率の説明に戻る。本実施形態では、上記磁極の境界に対して±１０°（機械角）の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率は１．５５以上１．８５以下である。上記磁極の境界に対して±１０°の範囲は、具体的には、機械角３５０°〜１０°の範囲、機械角８０°〜１００°の範囲、機械角１７０°〜１９０°の範囲および機械角２６０°〜２８０°の範囲である。この４つの範囲について磁気ベクトルの角度の変化率を求める。そして、上記変化率の絶対値について平均値を計算する。本実施形態では、この平均値を、上記磁極の境界に対して±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率とする。 Here, the description returns to the rate of change of the angle of the magnetic vector in the specific range. In this embodiment, the rate of change of the angle of the magnetic vector in the range of ± 10 ° (mechanical angle) with respect to the boundary of the magnetic pole is 1.55 or more and 1.85 or less. Specifically, the range of ± 10 ° with respect to the boundary between the magnetic poles specifically includes a mechanical angle of 350 ° to 10 °, a mechanical angle of 80 ° to 100 °, a mechanical angle of 170 ° to 190 °, and a machine The angle is in the range of 260 ° to 280 °. The change rate of the angle of the magnetic vector is obtained for these four ranges. Then, an average value is calculated for the absolute value of the change rate. In the present embodiment, this average value is the change rate of the angle of the magnetic vector in a range of ± 10 ° with respect to the boundary of the magnetic pole.
上記磁極の境界に対して±１０°の範囲で磁気ベクトルの角度の変化率を求めた場合に、信頼性が高いと考えられる。具体的には、範囲が±１０°よりも狭すぎると、磁気ベクトルの方向の微小なぶれの影響を受けると考えられる。一方、範囲が±１０°よりも広すぎると、相関係数が小さくなると考えられる。なお、範囲を±１０°とすると、通常相関係数は０．９以上である。 It is considered that the reliability is high when the rate of change of the angle of the magnetic vector is obtained within a range of ± 10 ° with respect to the boundary of the magnetic pole. Specifically, if the range is too narrow than ± 10 °, it is considered that the range is affected by minute fluctuations in the direction of the magnetic vector. On the other hand, if the range is too wide than ± 10 °, the correlation coefficient is considered to be small. When the range is ± 10 °, the correlation coefficient is usually 0.9 or more.
上記特定の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率が１．５５以上１．８５以下であると、コギングトルクを好適に低減できる。 When the change rate of the angle of the magnetic vector in the specific range is 1.55 or more and 1.85 or less, the cogging torque can be suitably reduced.
上記特定の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率を上記範囲に制御するためには、外周着磁であっても内周着磁であってもよく、着磁ヨークの形状などの着磁条件を適宜選択することができる。例えば、着磁ヨークの形状については、ヨーク先端部の周方向の幅（中心とヨーク先端の周方向における両端を結んだ角度）を適宜変更することができる。ところで、上述のように、本実施形態で用いるボンド磁石は等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粒子を含む。ボンド磁石が異方性Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石粒子を含む場合に比較して着磁のコントロールが容易である利点がある。 In order to control the rate of change of the angle of the magnetic vector in the specific range to the above range, the outer peripheral magnetization or the inner peripheral magnetization may be used. It can be selected appropriately. For example, regarding the shape of the magnetized yoke, the circumferential width of the yoke tip (the angle connecting the center and both ends of the yoke tip in the circumferential direction) can be changed as appropriate. By the way, as above-mentioned, the bond magnet used by this embodiment contains an isotropic Nd-Fe-B type magnet particle. There is an advantage that the magnetization can be easily controlled as compared with the case where the bonded magnet includes anisotropic Sm-Fe-N magnet particles.
また、上記特定の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率を上記範囲に制御するためには、モータ用永久磁石２０を製造する際の原料、成形条件を適宜変更してもよい。
In addition, in order to control the rate of change of the angle of the magnetic vector in the specific range to the above range, the raw materials and molding conditions for manufacturing the motor
ロータ３０は、ロータコアから構成される。上記ロータコアは、軟磁性材（例えば、ケイ素鋼板）からなるコアを所定枚数、積層して形成される。上記ロータコアは中心から径外方に延在する６個の突極を備えている。これら突極には、コイル（図示省略）が巻回され、該コイルは、ブラシ給電機構（図示省略）から給電を受ける。なお、これらの構造は、通常のブラシ付きモータと同じであるので、図示および説明は省略する。また、ロータ３０は、軸受（図示省略）によって回転可能に支持されている。ロータ３０は、回転軸Ｏを軸として、モータ用永久磁石２０に対して回転する。
The
このように、本実施形態では、モータフレーム１０、モータ用永久磁石２０およびロータ３０は、上述したように、所定の形状を有する。また、モータ用永久磁石２０は、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粒子を含む。さらに、上記磁極の境界に対して±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率が１．５５以上１．８５以下である。これにより、本実施形態によれば、コギングトルクを好適に低減できる。
Thus, in this embodiment, the
なお、直流モータ１は、モータフレーム１０、モータ用永久磁石２０およびロータ３０を用いて、公知の方法により製造できる。
The DC motor 1 can be manufactured by a known method using the
上記実施形態では、バインダー樹脂硬化物はエポキシ樹脂硬化物である。しかしながら、バインダー樹脂硬化物はエポキシ樹脂硬化物以外であってもよい。すなわち、バインダー樹脂硬化物は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂硬化物またはジアリルフタレート樹脂硬化物であってもよい。この場合もコギングトルクを好適に低減できる。 In the said embodiment, binder resin hardened | cured material is epoxy resin hardened | cured material. However, the cured binder resin may be other than the cured epoxy resin. That is, the cured binder resin may be, for example, an unsaturated polyester resin cured product or a diallyl phthalate resin cured product. Also in this case, the cogging torque can be suitably reduced.
また、この場合も、ボンド磁石は、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末と共に、不飽和ポリエステル樹脂またはジアリルフタレート樹脂を含む組成物から得られる。上記組成物は、通常、改質剤、重合開始剤をさらに含む。 Also in this case, the bonded magnet is obtained from a composition containing an unsaturated polyester resin or a diallyl phthalate resin together with an isotropic Nd—Fe—B magnet powder. The composition usually further contains a modifier and a polymerization initiator.
不飽和ポリエステル樹脂としては、テレフタル酸系不飽和ポリエステル樹脂、イソフタル酸系不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。ジアリルフタレート樹脂として、例えば、ジアリルフタレートプレポリマー、ジアリルイソフタレートプレポリマーなどが挙げられる。 Examples of the unsaturated polyester resin include terephthalic acid unsaturated polyester resin and isophthalic acid unsaturated polyester resin. Examples of the diallyl phthalate resin include diallyl phthalate prepolymer and diallyl isophthalate prepolymer.
改質剤としては、ジアリルイソシアヌレート、ジアリルフタレートモノマー、ジアリルイソフタレートモノマー等の共重合単量体などが挙げられる。 Examples of the modifier include copolymer monomers such as diallyl isocyanurate, diallyl phthalate monomer, and diallyl isophthalate monomer.
重合開始剤としては、メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジハイドロパーオキサイド、ｐ−メンタンハイドロパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエートなどが挙げられる。 As the polymerization initiator, methyl ethyl ketone peroxide, cyclohexanone peroxide, t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, 2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide, p- Menthane hydroperoxide, di-t-butyl peroxide, t-butylcumyl peroxide, dicumyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di (benzoylperoxy) hexane, t-butylperoxylaurate , T-butyl peroxybenzoate and the like.
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What comprised suitably combining each component mentioned above is also contained in this invention. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
［実施例］
〔実験例１〕
等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末とエポキシ樹脂と硬化剤とを混合し、圧縮成形して成形体を得た。次いで、上記成形体を加熱してエポキシ樹脂を熱硬化させて被着磁体を得た。次いで、着磁ヨークを用いて内周着磁による着磁処理を行い、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粒子およびエポキシ樹脂硬化物を含むボンド磁石を得た。すなわち、図１に示す形状を有するモータ用永久磁石を得た。このモータ用永久磁石と、モータフレームおよびロータとを用いて、図１に示す構成を有する直流モータを得た。直流モータは、二対の対向する辺と４つの角部を有し、各角部は円弧形状からなる形状を有していた。辺の長さＬ１、Ｌ２は略等しい大きさで１８ｍｍ、モータ用永久磁石の内径は１５．３ｍｍ、モータフレーム厚Ｗ１は０．９ｍｍであった。
[Example]
[Experimental Example 1]
Isotropic Nd—Fe—B magnet powder, epoxy resin and curing agent were mixed and compression molded to obtain a molded body. Subsequently, the said molded object was heated and the epoxy resin was thermosetted and the to-be-adhered magnetic body was obtained. Next, the magnetizing yoke was used to perform magnetizing treatment by inner periphery magnetization, and a bonded magnet containing an isotropic Nd—Fe—B magnet particle and a cured epoxy resin was obtained. That is, a permanent magnet for a motor having the shape shown in FIG. 1 was obtained. A DC motor having the configuration shown in FIG. 1 was obtained using the permanent magnet for motor, the motor frame, and the rotor. The DC motor has two pairs of opposite sides and four corners, and each corner has a circular arc shape. The side lengths L1 and L2 were approximately equal in size and 18 mm, the inner diameter of the motor permanent magnet was 15.3 mm, and the motor frame thickness W1 was 0.9 mm.
図２は、測定機（テスラメータ）にて、モータ用永久磁石における半径方向の表面磁束密度を測定した結果を示す図である。図３は、接線方向に対する磁気ベクトルの角度を示す図である。具体的には、図３は、図２における表面磁束密度を測定した結果から求めたグラフである。図４は、磁極の境界に対して±１０°の範囲における接線方向に対する磁気ベクトルの角度を示す図である。すなわち、図４は、図３における機械角８０°〜１００°の範囲を拡大して示している。機械角８０°〜１００°の範囲をフィッティングすると、ｙ＝−２．０２９２ｘ＋１８１．０７（Ｒ2＝０．９９８６）となった（図４）。また、図３および図４より、実験例１において、磁極の境界から±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率は、２．１３であった。 FIG. 2 is a diagram showing the result of measuring the surface magnetic flux density in the radial direction of the permanent magnet for a motor with a measuring machine (Tesla meter). FIG. 3 is a diagram showing the angle of the magnetic vector with respect to the tangential direction. Specifically, FIG. 3 is a graph obtained from the result of measuring the surface magnetic flux density in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the angle of the magnetic vector with respect to the tangential direction in a range of ± 10 ° with respect to the boundary of the magnetic pole. That is, FIG. 4 shows an enlarged view of the mechanical angle range of 80 ° to 100 ° in FIG. When the mechanical angle range of 80 ° to 100 ° was fitted, y = −2.0292x + 181.07 (R 2 = 0.9986) was obtained (FIG. 4). 3 and 4, in Experimental Example 1, the change rate of the angle of the magnetic vector in the range of ± 10 ° from the boundary of the magnetic pole was 2.13.
図５は、直流モータにおけるコギングトルク波形を測定した結果を示す図である。この結果から、実験例１のコギングトルクは、１．５４ｍＮｍであった。 FIG. 5 is a diagram showing a result of measuring a cogging torque waveform in a DC motor. From this result, the cogging torque of Experimental Example 1 was 1.54 mNm.
〔実験例２〕
着磁ヨークの形状を変更したほかは、実験例１と同様にして、モータ用永久磁石および直流モータを得た。図６は、直流モータにおけるコギングトルク波形を測定した結果を示す図である。実験例２において、磁極の境界から±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率は、１．１８であり、コギングトルクは、１．１４ｍＮｍであった。
[Experimental example 2]
A permanent magnet for a motor and a DC motor were obtained in the same manner as in Experimental Example 1 except that the shape of the magnetizing yoke was changed. FIG. 6 is a diagram showing a result of measuring a cogging torque waveform in a DC motor. In Experimental Example 2, the change rate of the angle of the magnetic vector in the range of ± 10 ° from the boundary of the magnetic pole was 1.18, and the cogging torque was 1.14 mNm.
〔実験例３〕
着磁ヨークの形状を変更したほかは、実験例１と同様にして、モータ用永久磁石および直流モータを得た。図７は、直流モータにおけるコギングトルク波形を測定した結果を示す図である。実験例３において、磁極の境界から±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率は、１．６５であり、コギングトルクは、０．５２ｍＮｍであった。
[Experimental Example 3]
A permanent magnet for a motor and a DC motor were obtained in the same manner as in Experimental Example 1 except that the shape of the magnetizing yoke was changed. FIG. 7 is a diagram showing a result of measuring a cogging torque waveform in a DC motor. In Experimental Example 3, the rate of change of the angle of the magnetic vector in the range of ± 10 ° from the boundary of the magnetic pole was 1.65, and the cogging torque was 0.52 mNm.
〔実験例４〕
着磁ヨークを用いて外周着磁を行ったほかは、実験例１と同様にして、モータ用永久磁石および直流モータを得た。図８は、直流モータにおけるコギングトルク波形を測定した結果を示す図である。実験例４において、磁極の境界から±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率は、１．７２であり、コギングトルクは、０．４８ｍＮｍであった。
[Experimental Example 4]
A permanent magnet for a motor and a DC motor were obtained in the same manner as in Experimental Example 1, except that the outer periphery was magnetized using a magnetizing yoke. FIG. 8 is a diagram showing a result of measuring a cogging torque waveform in a DC motor. In Experimental Example 4, the rate of change of the angle of the magnetic vector in the range of ± 10 ° from the boundary of the magnetic pole was 1.72, and the cogging torque was 0.48 mNm.
〔実験例５〕
着磁ヨークを用いて外周着磁を行ったほかは、実験例１と同様にして、モータ用永久磁石および直流モータを得た。図９は、直流モータにおけるコギングトルク波形を測定した結果を示す図である。実験例５において、磁極の境界から±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率は、１．９０であり、コギングトルクは、０．９６ｍＮｍであった。
[Experimental Example 5]
A permanent magnet for a motor and a DC motor were obtained in the same manner as in Experimental Example 1, except that the outer periphery was magnetized using a magnetizing yoke. FIG. 9 is a diagram showing a result of measuring a cogging torque waveform in a DC motor. In Experimental Example 5, the change rate of the magnetic vector angle in the range of ± 10 ° from the boundary of the magnetic pole was 1.90, and the cogging torque was 0.96 mNm.
〔実験例６〕
着磁ヨークの形状を変更したほかは、実験例１と同様にして、モータ用永久磁石および直流モータを得た。実験例６において、磁極の境界から±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率は、１．５４であり、コギングトルクは、０．７８ｍＮｍであった。
[Experimental Example 6]
A permanent magnet for a motor and a DC motor were obtained in the same manner as in Experimental Example 1 except that the shape of the magnetizing yoke was changed. In Experimental Example 6, the change rate of the angle of the magnetic vector in the range of ± 10 ° from the boundary of the magnetic pole was 1.54, and the cogging torque was 0.78 mNm.
〔実験例７〕
着磁ヨークの形状を変更したほかは、実験例１と同様にして、モータ用永久磁石および直流モータを得た。実験例７において、磁極の境界から±１０°の範囲における磁気ベクトルの角度の変化率は、１．２４であり、コギングトルクは、１．０７ｍＮｍであった。
[Experimental Example 7]
A permanent magnet for a motor and a DC motor were obtained in the same manner as in Experimental Example 1 except that the shape of the magnetizing yoke was changed. In Experimental Example 7, the change rate of the angle of the magnetic vector in the range of ± 10 ° from the boundary of the magnetic pole was 1.24, and the cogging torque was 1.07 mNm.
図１０は、磁気ベクトルの角度の変化率に対してコギングトルクをプロットした図である。カーブフィッティングすると、磁気ベクトルの角度の変化率が１．５５で、コギングトルクの値が減少する変曲点があった。したがって、図１０の結果から、磁気ベクトルの角度の変化率が１．５５以上１．８５以下の範囲であれば、コギングトルクを好適に低減することができ、さらに好ましくは、磁気ベクトルの角度の変化率が１．７５近傍にコギングトルクが最小となる領域があることが分かる。 FIG. 10 is a diagram in which cogging torque is plotted against the change rate of the angle of the magnetic vector. When curve fitting was performed, the rate of change of the angle of the magnetic vector was 1.55, and there was an inflection point at which the value of the cogging torque decreased. Therefore, from the result of FIG. 10, when the change rate of the angle of the magnetic vector is in the range of 1.55 to 1.85, the cogging torque can be suitably reduced, and more preferably, the angle of the magnetic vector angle It can be seen that there is a region where the cogging torque is minimum near the change rate of 1.75.
１…直流モータ、１０…モータフレーム、２０…モータ用永久磁石、２１…角部、３０…ロータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC motor, 10 ... Motor frame, 20 ... Permanent magnet for motor, 21 ... Corner | angular part, 30 ... Rotor
Claims (2)
等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粒子およびバインダー樹脂硬化物を含むボンド磁石であり、
断面の外周は、二対の対向する辺の端部が曲部により接続された形状であり、断面の内周が円であり、
前記円の半径方向における前記内周と前記外周との厚みのうち最厚部に形成された磁極の中心において、磁気ベクトルの方向が、前記最厚部の厚み方向に対して平行または略平行であり、
前記円の半径方向における前記内周と前記外周との厚みのうち最薄部に形成された磁極の境界において、磁気ベクトルの方向が、前記最薄部の厚み方向に対して垂直または略垂直であり、
前記磁極の境界から±１０°の範囲における前記磁気ベクトルの角度の変化率が１．５５以上１．８５以下である、モータ用永久磁石。 A cylindrical permanent magnet for a motor having four magnetic poles,
A bonded magnet comprising isotropic Nd-Fe-B magnet particles and a cured binder resin;
The outer periphery of the cross section is a shape in which the ends of two opposing sides are connected by a curved portion, and the inner periphery of the cross section is a circle,
The direction of the magnetic vector is parallel or substantially parallel to the thickness direction of the thickest portion at the center of the magnetic pole formed in the thickest portion of the thicknesses of the inner circumference and the outer circumference in the radial direction of the circle. Yes,
The direction of the magnetic vector is perpendicular or substantially perpendicular to the thickness direction of the thinnest part at the boundary of the magnetic pole formed at the thinnest part of the thickness between the inner circumference and the outer circumference in the radial direction of the circle. Yes,
A permanent magnet for a motor, wherein a change rate of an angle of the magnetic vector in a range of ± 10 ° from a boundary of the magnetic pole is 1.55 or more and 1.85 or less.
前記モータフレームの内側に配置された請求項１に記載のモータ用永久磁石と、
前記モータ用永久磁石の内側に配置された６個の突極を有するロータとを有する、直流モータ。 A motor frame;
The permanent magnet for a motor according to claim 1, which is disposed inside the motor frame;
A direct current motor having a rotor having six salient poles arranged inside the permanent magnet for the motor.
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