JP2020089178A - ロータマグネットの製造方法，ロータマグネット及び永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】それぞれの磁気配向が異なる主マグネットと補助マグネットとを備えるロータマグネットをより簡単に製造できるロータマグネットの製造方法を提供する。【解決手段】本実施形態のロータマグネットの製造方法は、径方向に磁気配向された複数の主マグネット，及び周方向に磁気配向され、前記主マグネットの間に配置される複数の補助マグネットからなるハルバッハ配列磁石を備える永久磁石モータのロータにおいて、未着磁状態の主マグネットと周方向に着磁された補助マグネットとを、円周を複数に分割した円弧状に配列した状態で樹脂成形して分割樹脂成形部を生成し、前記分割樹脂成形部の主マグネットを径方向に着磁し、複数の分割樹脂成形部を円周状に連結する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、それぞれの磁気配向が異なる主マグネットと補助マグネットとを備える永久磁石モータのロータにおけるロータマグネットの製造方法，及びその方法により製造されたロータマグネット，並びにそれぞれの磁気配向が異なる主マグネットと補助マグネットとを有するロータを備える永久磁石モータに関する。

特許文献１には、以下のようなハルバッハ配列磁石の製造方法が開示されている。リング状の空間に径方向に着磁された複数の第１磁石を所定の間隔で配置し、第１磁石により周方向の壁面が形成される複数の第２キャビティを形成する。その第２キャビティに磁石製造用の溶融樹脂を充填すると、充填された溶融樹脂を第２キャビティの近傍に配置された第２着磁部によって周方向に着磁し、第１磁石及び第２磁石をリング状の空間から取り出す。これにより、ハルバッハ配列磁石を樹脂モールドする。

特開２０１２−５０１７９号公報

特許文献１では、上記の製造に固定型と可動型とを用いており、第２磁石を周方向に着磁するための第２着磁部は、可動型に配置されている。この第２着磁部は、特許文献１の段落［００４４］に記載されているように複雑な構造であり、このような第２着磁部を用いて第２キャビティに溶融樹脂を充填する際に周方向に着磁することは、非常に困難である。

そこで、それぞれの磁気配向が異なる主マグネットと補助マグネットとを備えるロータマグネットをより簡単に製造できるロータマグネットの製造方法，及びその方法により製造されたロータマグネット，並びにそれぞれの磁気配向が異なる主マグネットと補助マグネットとを有するロータを備える永久磁石モータを提供する。

本実施形態のロータマグネットの製造方法は、一方向に磁気配向された複数の主マグネット，及び前記方向とは異なる方向に磁気配向され、前記主マグネットの間に配置される複数の補助マグネットからなる磁石を備える永久磁石モータのロータにおいて、
未着磁状態の主マグネットと周方向に着磁された補助マグネットとを、円周を複数に分割した円弧状に配列した状態で樹脂成形して分割樹脂成形部を生成し、
前記分割樹脂成形部の主マグネットを径方向に着磁し、
複数の分割樹脂成形部を円周状に連結する。

また、本実施形態のロータマグネットの製造方法は、上記と同様のロータにおいて、未着磁状態の主マグネットと周方向に着磁された補助マグネットとを、円周を複数に分割した円弧状に配列した状態で樹脂成形して分割樹脂成形部を生成し、
複数の分割樹脂成形部を円周状に連結してからロータフレームに組み付け、
前記分割樹脂成形部の主マグネットを径方向に着磁する。

また、本実施形態の永久磁石モータは、ロータヨークが位置する方向に磁気配向された複数の主マグネットと、周方向に磁気配向されて前記主マグネットの間に配置される複数の補助マグネットとを有するロータを備え、
前記主マグネットと前記補助マグネットの長手方向端部の少なくとも一方には段差が設けられている。

第１実施形態であり、分割樹脂部の平面図，正面図及び側面図 分割樹脂部を成形型により樹脂成型する状態を説明する図 ロータの製造工程を示すフローチャート 完成したロータを示す斜視図 永久磁石モータの一部を示す斜視図（その１） 永久磁石モータの一部を示す斜視図（その２） ロータが回転している際に磁気センサが出力する信号波形を示す図 主マグネットと補助マグネットとの軸方向配置に段差を設けない場合の図７相当図 第２実施形態であり、ロータの製造工程を示すフローチャート 第３実施形態であり、分割樹脂部を示す斜視図 第４実施形態であり、分割樹脂部を示す斜視図 第５実施形態であり、ロータヨークを透過させた状態で示す永久磁石モータの斜視図

（第１実施形態）
図１は、本実施形態のハルバッハ配列磁石を備えるロータマグネットの分割樹脂成形部１を示している。分割樹脂成形部１は、それぞれ８個の主マグネット２と補助マグネット３とを交互に配列した状態で樹脂４により成形されており、中心角６０度の円弧状を成している。主マグネット２は、縦×横寸法が３０×１０．４２［ｍｍ］であり、補助マグネット３は、縦×横寸法が３０×５．２５［ｍｍ］である。補助マグネット３の厚さ寸法は、主マグネット２よりも若干薄くなるように設定されている。分割樹脂成形部１の高さ寸法は３８ｍｍであり、図中上方では、補助マグネット３の上面が主マグネット２よりも２ｍｍ高くなるように段差が形成されている。本実施形態におけるマグネット２，３の長手方向は軸方向，つまり上記の縦方向である。分割樹脂成形部１の横幅寸法は１０４．３７ｍｍであり、縦幅寸法は７０．７６ｍｍである。

図２は、分割樹脂成形部１を樹脂成形する場合のイメージである。尚、この段階で主マグネット２は未着磁であり、補助マグネット３は周方向に着磁済みである。主マグネット２と補助マグネット３とを交互に配列した状態で、金型であるコア５，キャビティ６内に収容する。コア５の図中下方には、位置決め入れ子７，磁石突き出しピン８及び樹脂部突き出しピン９が配置されている。一方、図中上方であるキャビティ６側には、磁石保持ピン１０及び樹脂充填ゲート１１が配置されている。樹脂充填ゲート１１より樹脂４が充填されて成形が行われる。

図３は、ロータの製造工程を示すフローチャートである。未着磁の主マグネット２と、着磁済みの補助マグネット３とを樹脂成形型にそれぞれ挿入し（Ｓ１，Ｓ２）、両マグネット２，３を交互に、円弧状に配置する（Ｓ３）。それから、両マグネット２，３を磁石突き出しピン８により固定し（Ｓ４）、複数のゲート１１から樹脂４を充填する（Ｓ５）。成形された分割樹脂成形部１を取り出すと（Ｓ６）、着磁装置に挿入して（Ｓ７）主マグネット２を着磁する（Ｓ８）。この時点で、分割樹脂成形部１が完成する（Ｓ９）。６個の分割樹脂成形部１をリング状に組立てて円周状にすると（Ｓ１０）、図４に示すロータヨーク１２の内周側に挿入して（Ｓ１１）ロータ１３が完成する（Ｓ１２）。

図５及び図６は、ロータ１３に対し、回転位置を検出するため、例えばホールセンサ等の磁気センサを配置した例を示す。また、これらの図では、ステータヨーク２１及びコイル２２を備えるステータ２３の一部についても図示している。補助マグネット３の図中では上になる下端面は、ロータヨーク１２の下端面の位置と同等か、下端面よりも若干低くなる位置にある。これに対して、主マグネット２の下端面は、ロータヨーク１２の下端面よりも高くなっている。すなわち、両マグネット２，３それぞれの下端面が段差，つまり凹凸を成すように配列されている。

そして、例えば３個の磁気センサ２４は、図６に示すように、ロータヨーク１２の下端面に対し若干のギャップを措いた状態で、図示しない支持部材によって支持されている。これにより、ロータ１３が回転した際には、磁気センサ２４が、上記した下端面が凹凸を成す配列における凹部が係る位置となっている。尚、ロータ１３，ステータ２３及び磁気センサ２４とで、ラジアルギャップタイプの永久磁石モータ２５が構成されている。

図７は、図５及び図６に示すように磁気センサを配置し、ロータ１３が回転している際に磁気センサが出力した信号の波形を示す。図８は、主マグネット２，補助マグネット３の軸方向配置に段差を設けない場合の同波形である。段差を設けることで漏れ磁束が抑制されており、磁気センサの出力信号に抜けやばらつきが無く、磁極判別を安定して行うことができている。

尚、本実施形態では、主マグネット２と補助マグネット３との縦寸法を等しくしているため、磁気センサ２４を配置する側の下端面側に段差を設けることで上端面側にも段差が形成される実施形態となっている。これに替えて、主マグネット２と補助マグネット３との縦寸法を異ならせることで、上端面側を段差の無い構造とすることもできる。

以上のように本実施形態によれば、径方向に磁気配向された複数の主マグネット２，及び周方向に磁気配向され、主マグネット２の間に配置される複数の補助マグネット３からなるハルバッハ配列磁石をロータマグネットとして製造する際に、未着磁状態の主マグネット２と周方向に着磁された補助マグネット３とを、円周を複数に分割した円弧状に配列した状態で樹脂成形して分割樹脂成形部１を生成する。そして、各分割樹脂成形部１の主マグネット２を径方向に着磁し、複数の分割樹脂成形部１を円周状に連結する。これにより、ハルバッハ配列磁石を有するロータマグネットの組立て性を簡素化できる。また、マグネット２及び３を着磁した後に複数の分割樹脂成形部１を連結するので、マグネット２，３それぞれの着磁を容易に行うことができる。

この場合、補助マグネット３の径方向厚さ寸法を、主マグネット２よりも薄く設定することで、分割樹脂成形部１の剛性を向上させることができる。また、主マグネット２と補助マグネット３とが磁気センサに対向する端面側に段差を設けることで、分割樹脂成形部１の剛性を向上させることができ、且つ、磁気センサによる磁極判別を安定して行うことが可能になる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。第２実施形態では、ロータの製造工程が若干相違している。図９に示すように、ステップＳ７まで実行すると、主マグネット２を着磁せずにステップＳ１０及びＳ１１を実行する。そして、ロータフレーム１２の内周側にリング状の分割樹脂成形部１を挿入した状態で、着磁装置により主マグネット２を着磁する（Ｓ１３）。これにより、ロータ１３が完成する（Ｓ１４）。このような第２実施形態によれば、ロータフレーム１２にリング状の分割樹脂成形部１を挿入した状態で主マグネット２を着磁するので、組み立て時にマグネット２及び３の磁気反発力や吸引力が作用せず、組み立てを容易に行うことができる。

（第３，第４実施形態）
図１０，図１１はそれぞれ第３，第４実施形態であり、分割樹脂部の他の構成例を示す。図１０に示す第３実施形態では、補助マグネット１４の厚さ寸法を主マグネット２と同一にすると共に、第１実施形態のように段差を設けずに構成した分割樹脂部１５であり、図８に示す磁気センサの信号波形に対応した構成である。

図１１に示す第４実施形態は、第３実施形態の構成において、補助マグネット１６の厚さを、第１実施形態と同様に主マグネット２よりも薄くして分割樹脂部１６を構成している。

（第５実施形態）
図１２は、アキシャルギャップタイプの永久磁石モータ３１に適用した第５実施形態を示す。このモータ３１は、図中上方にロータ３２が位置し、同下方にステータ３３が位置している。図中では透過させた状態で示されているロータヨーク３４は、リング状の平板で構成されており、そのロータヨーク３４の下面側に主マグネット３５，補助マグネット３６が配置されている。主マグネット３５は、下から上方向に、すなわち軸方向に磁気配向されている。補助マグネット３６は第１実施形態等と同様に、周方向に磁気配向されている。

主マグネット３５の長手方向である径方向の長さは、補助マグネット３６の径方向長さよりも長く設定されている。主マグネット３５の径方向端部は、ロータヨーク３４の外縁よりも外方となるように突出している。補助マグネット３６の径方向端面は、ロータヨーク３４の外縁に等しくなるように位置するか、又はその外縁よりもやや内側に位置している。すなわち、両マグネット３５，３６それぞれの先端面が、周方向において段差，つまり凹凸を成すように配列されている。マグネット３５，３６については、第１実施形態と同様の製造方法で樹脂成形されている。

そして、磁気センサ２４は、ロータヨーク３４の外縁に対し若干のギャップを措いた状態で、図示しない支持部材によって支持されている。これにより、ロータ３２が回転した際には、磁気センサ２４が、上記した先端面が凹凸を成す配列における凹部が係る位置となっている。

尚、本実施形態では、主マグネット３５と補助マグネット３６の径方向の寸法を異ならせることで、磁気センサ２４を配置する外周側に段差を設け、中心軸側には段差を設けない実施形態となっている。これに替えて、主マグネット３５と補助マグネット３６との径方向の寸法を等しくするなどして、中心軸側にも段差を有する構造とすることもできる。
以上のように第５実施形態によれば、本発明をアキシャルギャップタイプの永久磁石モータ３１にも適用できる。

（その他の実施形態）
分割樹脂部は、リングを６分割するものに限らず、４分割や８分割等にしても良い。
各部の寸法は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は分割樹脂成形部、２は主マグネット、３は補助マグネット、４は樹脂、１２はロータフレーム、１３はロータ、１４は補助マグネット、１５，１６は分割樹脂成形部を示す。

Claims (10)

1. 一方向に磁気配向された複数の主マグネット，及び前記方向とは異なる方向に磁気配向され、前記主マグネットの間に配置される複数の補助マグネットからなる磁石を備える永久磁石モータのロータにおいて、
   未着磁状態の主マグネットと周方向に着磁された補助マグネットとを、円周を複数に分割した円弧状に配列した状態で樹脂成形して分割樹脂成形部を生成し、
   前記分割樹脂成形部の主マグネットを径方向に着磁し、
   複数の分割樹脂成形部を円周状に連結するロータマグネットの製造方法。
2. 一方向に磁気配向された複数の主マグネット，及び前記方向とは異なる方向に磁気配向され、前記主マグネットの間に配置される複数の補助マグネットからなる磁石を備える永久磁石モータのロータにおいて、
   未着磁状態の主マグネットと周方向に着磁された補助マグネットとを、円周を複数に分割した円弧状に配列した状態で樹脂成形して分割樹脂成形部を生成し、
   複数の分割樹脂成形部を円周状に連結してからロータフレームに組み付け、
   前記分割樹脂成形部の主マグネットを径方向に着磁するロータマグネットの製造方法。
3. 前記補助マグネットの径方向厚さは、前記主マグネットよりも薄く設定されている請求項１又は２記載のロータマグネットの製造方法。
4. 前記主マグネットと前記補助マグネットとが、磁気センサに対向する端面側に段差を設けるように配列する請求項１又は２記載のロータマグネットの製造方法。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載のロータマグネットの製造方法により製造されたロータマグネット。
6. ロータヨークが位置する方向に磁気配向された複数の主マグネットと、周方向に磁気配向されて前記主マグネットの間に配置される複数の補助マグネットとを有するロータを備え、
   前記主マグネットと前記補助マグネットの長手方向端部の少なくとも一方には、段差が設けられている永久磁石モータ。
7. 前記主マグネットの長手方向の長さは、前記補助マグネットの長手方向の長さよりも長く設定されている請求項６記載の永久磁石モータ。
8. 前記長手方向が軸方向に一致するラジアルギャップタイプであり、
   前記補助マグネットの軸方向の一端面が、前記主マグネットの軸方向の一端面よりも軸方向に凹んだ状態で配置されている請求項６又は７記載の永久磁石モータ。
9. 前記長手方向が径方向に一致するアキシャルギャップタイプであり、
   前記補助マグネットの径方向の一端面が、前記主マグネットの径方向の一端面よりも径方向に凹んだ状態で配置されている請求項６又は７記載の永久磁石モータ。
10. 磁気センサを備えたステータを有し、
    前記磁気センサは、ロータが回転する際に、前記主マグネットと前記補助マグネットとの一端面に設けられた段差部分に係るように配置される請求項６から９の何れか一項に記載の永久磁石モータ。

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