JP2769062B2 - 切欠き異方性円筒状磁石 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、モーターの永久磁石
型ステーターやアウターローター等の用途に供して好適
な切欠き異方性円筒状磁石に関し、特にコギング及びそ
れに起因した振動や騒音さらには回転むらの発生を効果
的に防止しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、モーターに使用される比較的表面
磁界の大きな２極円筒状磁石としては、磁粉粒子の磁化
容易軸の配向方向が、横断面においては図１（ａ）、一
方長手方向断面においては図１（イ）に示す方位になる
ものが用いられてきた。同図中、細線は磁粉粒子の磁化
容易軸の配向方向であり、図１（ａ）に示される配向は
通常、ラジアル型配向と呼ばれている。

【０００３】ところで、このラジアル型配向になる２極
円筒状磁石をステーターとして利用した場合、回転する
ローターの磁極面が、ステーターが形成する磁界を横切
るときに、その境界におけるギャップ磁束密度が大きく
変化することから、コギングと呼ばれる弊害が生じてい
た。この点については、２極円筒状磁石をアウターロー
ターとして用いた場合も同様で、やはり内側固定ステー
ターとの間で磁束密度の変化量が大きいことから、コギ
ングの発生が避けられなかった。かかるコギングは、微
妙な振動ひいては騒音や回転むらの発生を招き好ましく
ない。

【０００４】このため従来、とくにコギングが問題とな
る用途に関しては、例外的に、長尺円筒磁石とする一方
で磁粉の配向度を低めたり、又は短尺磁石としたり、さ
らにプラマグ磁石については磁粉の含有率を低減したり
して、磁石特性そのものを低下させていた。しかしなが
らかような対処の仕方では、コギングについては軽減で
きるにしても、表面磁界の絶対値が小さくなることか
ら、基本特性であるトルクの低下を招くという問題があ
った。

【０００５】またコギング防止に関しては、磁石横断面
における磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が、図１
（ｂ）に示すようないわゆるアキシャル型配向になる磁
石の方が、ラジアル型配向磁石よりも有利ではあるが、
やはりトルクの低下が避け得なかった。

【０００６】その他、コギング対策としては、図２
（ｂ）に示すように、ローターに対する着磁を軸心に対
して斜めに行ういわゆるスキュー着磁が知られている。
このスキュー着磁ローターによれば、ローターの回転に
伴うローター磁極面とステーターの作用面との交差面積
が徐々に増大することから、コギングの発生は効果的に
抑制することができるけれども、かかるローターを製造
するには通常の場合に比べて工程が煩雑となり、コスト
高となるところに問題を残していた。

【０００７】また、従来のモーター用ステーターの長手
方向における実質作用幅は、図３に記号ａで示すとおり
であって、軸受け９、ワッシャー10、板ばね11及びブラ
シ12等の存在のため、ローターの磁極幅と同程度の狭い
ものでしかなかった。このようにステーターの幅を十分
に活用してはいなかったため、得られるトルクも磁石の
幅を有効に利用したものとは言えなかった。なお図中番
号13は円筒状磁石、14はローター磁極、15はローター励
磁コイル、16はシャフト、17は強磁性体ケースである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するもので、ローターの回転に伴うギャ
ップ磁束密度の変化を効果的に緩和してコギングの発生
を防止し、さらには有効利用が図られていなかった円筒
状磁石の長手方向両端部を有効に活用することにより、
トルクの一層の向上を実現した２極円筒状磁石を提案す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、横
断面がＯ型形状になる円筒の内周面又は外周面のうち、
軸心を挟んで対向する２領域を作用面とする円筒状磁石
であって、作用面の一部を含む非作用面領域に切欠きを
有し、該作用面における切欠き形状につき、その面積
が、少なくとも一方の円周方向において漸次減少するも
のである切欠き異方性円筒状磁石（第１発明）である。

【００１０】またこの発明は、第１発明において、円筒
状磁石の作用面及び軸心を含む長手方向断面における磁
粉粒子の磁化容易軸が、作用面の中央域に集束配向して
なる切欠き異方性円筒状磁石（第２発明）である。

【００１１】以下、この発明を具体的に説明する。図４
（ａ）〜（ｅ）に、この発明に従う切欠き異方性円筒状
磁石の好適例を斜視面で示す。また図２（ａ）には、か
かる切欠き異方性円筒状磁石をステーターとして組み込
んだモーターを図解する。円筒状磁石に図示したような
切欠きを付与することにより、ローターにスキューを付
与しなくても、ローターの回転に伴うステーター磁石と
ローター磁極面との間のギャップ磁束密度の変化量を軽
減することができるので、ローターをスキュー着磁する
等の煩雑な手間を必要とすることなしに、コギングの発
生を効果的に防止することができるのである。

【００１２】またこの発明では、円筒状磁石の長手方向
断面における磁粉粒子の磁化容易軸を、作用面中央域の
実質的作用面に集束させるに集束配向させることによっ
てトルクの一層の向上を図ることができる。図１
（ロ），（ハ）に、この発明に従い磁粉粒子の磁化容易
軸を、磁石中央域の実質的作用面に集束させた例を示
す。同図（ロ）は、外周面から中央域に直線的に集束さ
せた場合（単純集束配向）、また同図（ハ）は、外側面
中央部及び両端面から実質的作用面に集束させた場合
（両端部側面集束配向）である。

【００１３】図５及び図６に、この発明に従う円筒状磁
石を直流モーターのステーターとして組み込んだ状態を
示す。図５，６と従来モーターを組み込んだ前掲図３と
を対比すれば明白なように、実質的な作用面に対し、図
１（イ）に示したような従来磁石では無駄な磁束が存在
するのに対し、図１（ロ），（ハ）に示したようなこの
発明磁石では全ての磁束が実質的作用面に集束して配向
しており、従ってアキシャル型配向の場合に比べてより
高いギャップ磁束密度が得られ、ひいてはトルクの向上
を望み得るのである。

【００１４】さらにより一層のトルクの向上を図るに
は、図１（ｅ），（ｆ）に示すように、磁石横断面の作
用域における磁粉粒子の配向方向を上述したような単純
集束配向又は両端部側面集束配向とすれば良い。

【００１５】なお、切欠きを付与する際に欠け割れがな
く、歩留りの向上という点では、高温焼成が必要な焼結
磁石よりも、プラスチック磁石の方が有利である。

【００１６】

【作用】この発明の磁石材料としては、焼結磁石及び合
成樹脂磁石いずれもが利用できる。たとえば焼結磁石及
び合成樹脂磁石における磁粉としては、フェライト系、
アルニコ系、サマリウム−コバルト系、ネオジウム−鉄
−ボロン系など既に知られたものいずれもが使用でき
る。また磁粉粒子の平均粒径についても、既に知られた
範囲で使用することができる。たとえばフェライト系で
は 1.5μm 、希土類系では10〜50μm が一般的である。

【００１７】また合成樹脂についても従来公知のものが
使用できる。たとえばポリアミド12、ポリアミド６など
のポリアミド系合成樹脂や、ポリ塩化ビニル、その酢酸
ビニル共重合体、ＭＭＡ，ＰＳ，ＰＰＳ，ＰＥ，ＰＰ等
の単独又は共重合したビニル系合成樹脂や、ウレタン，
シリコーン，ポリカーボネート，ＰＢＴ，ＰＥＴ，ＰＥ
ＥＫ，ＣＰＥ，ハイパロン，ネオプレン，ＳＢＲ，ＮＢ
Ｒ等の合成樹脂、又はエポキシ系、フェノール系等の熱
硬化合成樹脂が使用できる。さらに磁粉とバインダーで
ある合成樹脂の配合比率は、用途にもよるが一般的には
磁粉：40〜70 vol％とすることが望ましい。なおその他
にも、従来から常用される可塑剤や滑剤、抗酸化剤、表
面処理剤などを目的に応じて適量使用できるのはいうま
でもない。

【００１８】次に、この発明に係る磁場配向成形金型の
磁気回路装置について説明する。図７〜11及び図12〜17
にそれぞれ、円筒状磁石の製造に用いて好適な射出成形
金型の磁気回路装置の好適例を模式で示す。図７〜11は
製品の長手方向断面であり、図７にアキシャル型配向、
図８にラジアル型配向、図９にアキシャル型の単純集束
配向、図10にラジアル型の単純集束配向、そして図11に
アキシャル型の両端部側面集束配向を示す。また図12〜
17は、横方向断面であり、図12及び13にアキシャル型配
向、図14及び17にラジアル型配向、図15に単純集束配
向、そして図16に両端部側面集束配向を示す。なお図中
番号１はダイ２に設けたキャビティ、３は主極、４は中
間磁極、５は対極、６はヨーク、７は励磁コイル、８は
補助磁極である。

【００１９】さてこの発明の磁石は、長手方向断面が上
掲した図７〜11、一方横断面が図12〜17に示したような
磁気回路を適宜に組み合わせることによって製造するこ
とができる。すなわち例えば図７と図12との組合せは、
すでに知られたアキシャル型配向になる２極円筒状磁石
の磁気回路であるが、かかる磁気回路においてそのキャ
ビティにこの発明に従う切欠きを設けるのである。

【００２０】また図９と図15との組合せになる射出成形
用金型によってこの発明に従う円筒状磁石を製造する場
合を考えると、円筒状キャビティ１内に導入された合成
樹脂磁石材料が軟化状態にある内に、該磁石材料に対し
て磁場を印加すると、磁力線は、キャビティ１の長手方
向断面においては、一方の作用面領域の外周から、作用
面内側の中央域に集束するように中間磁極４に抜け、つ
いでこの中間磁極４から他方の作用面領域の外周に向か
い発散するように透過し、また横断面においては、作用
面領域の外周から、作用面内側に集束するように中間磁
極４に抜け、ついでこの中間磁極４から他方の作用面領
域の円弧外周に向かって発散するように透過し、それ故
磁石材料中の磁粉粒子の磁化容易軸が、かかる磁力線の
方向に沿って配向する結果、長手方向断面が図１
（ロ）、横断面が図１（ｅ）に示したような集束配向な
る円筒状磁石が得られるのである。この場合にも、キャ
ビティ内には、図４に示したような形状の切欠きを設け
ておく必要があるのは言うまでもない。

【００２１】なお、主極３，中間磁極４，対極５，ヨー
ク７及び補助磁極８としては、S55C，S50C，S40C等の炭
素鋼、SKD11, SKD61等のダイス鋼及びパメンジュール、
純鉄等の強磁性体が使用され、一方ダイ２としては、ス
テンレス鋼、銅ベリリウム合金、ハイマンガン鋼、青
銅、真ちゅう及び非磁性超硬鋼Ｎ−７等の非磁性体が用
いられる。また磁場中成形方法としては、磁場配向射出
成形、磁場配向圧縮成形及び磁場配向ＲＩＭ成形などが
適当である。

【００２２】

【実施例】

実施例１ 長手方向断面が図７〜11、横断面が図12〜17に示したよ
うな磁気回路を適宜に組み合わせて構成した金型を用
い、図18に示す形状、寸法になる円筒状磁石を、以下表
１〜３に示す条件で製作した。ここに切欠き形状は鼓型
とし、その大きさは図19に示すように横断面における開
口度でα＝70°, β＝35°とした。また開口幅比は（ｂ
／ａ）×100 （％）＝80 ％である。さらに磁粉粒子の
長手方向断面における集束配向形態は、図20（ａ）に示
すような全面集束配向の場合は内面集束角度を50°と
し、一方図20（ｂ）に示すような両端部側面集束配向の
場合は、側面集束率Ｚ〔＝（ａ−ｂ）／ａ×100 ％〕＝
80 ％とした。

【００２３】なおこの発明で使用したローターは、図２
（ａ）に示した標準巻ローターとした。また希土類磁粉
を用いる場合には、予め磁化容易軸方向に磁気モーメン
トを揃えるべく、キャビティ内に導入する直前に、パル
ス状の高磁場処理を施した。

【００２４】

【表１】 ・原料 磁粉Ａ：フェライト磁粉（平均粒径 1.5μm のマグネト
プランバイト系ストロンチウム系フェライト） 磁粉Ｂ：サマリウム−コバルト磁粉（２−17系；平均粒
径15μm ）

【００２５】

【表２】 ・配合 配合Ａ（プラマグ配合） 磁 粉 ：63 vol％ ポリアミド12 ：36 vol％ アミノシランＡ−1100：１ vol％ 配合Ｂ（焼結配向） 磁 粉 ：50wt％ 水 ：50wt％

【００２６】

【表３】 ・成形方法Ａ：プラマグ射出成形条件 使用ペレット配合 ：配合Ａ 成形機 ：コイル内蔵式磁場配向射出成形機 射出シリンダー温度：300 ℃ 金型温度 ：100 ℃ 射出圧力 ：1500kg／cm² 励磁時間 ：15秒 冷却時間 ：20秒 射出サイクル ：40秒 ・成形方法Ｂ：焼結磁石作成条件 使用スラリー ：配合Ｂ 成形機 ：コイル搭載式磁場配向圧縮成形機 水抜き方法 ：インジェクション方式 励磁方向 ：竪磁場 成形温度 ：20℃ 焼成温度 ：1250℃ ・ホール素子 70μm 角のガリウム−ひ素
使用

【００２７】かくして得られた２極円筒状磁石の有効作
用面における表面磁束密度及びモーターディテントトル
クについて測定した結果を、コギング現象の評価と共に
表４，表５，表６及び表７に示す。

【００２８】

【表４】

【００２９】

【表５】

【００３０】

【表６】

【００３１】

【表７】

【００３２】同表より明らかなように、この発明に従い
２極円筒状ステーター磁石に、ローターの回転に伴うロ
ーター磁極面とステーターの作用面との交差面積が徐々
に増大する形状になる切欠きを設けることにより、コギ
ングの発生が効果的に防止され、さらに長手方向断面に
おける磁粉粒子を実質的作用面に集束配向させた場合に
は、トルクの向上も併せて達成できる。

【００３３】

【発明の効果】かくしてこの発明に従い、２極円筒状磁
石の作用面の一部を含む非作用面領域に、その面積が少
なくとも一方の円周方向において漸次減少する形状の切
欠きを設けることにより、たとえばかかる２極円筒状磁
石をステーターとして利用した場合に、ステーター磁界
の境界におけるギャップ磁束密度の変化を効果的に緩和
してコギングの発生を防止することができ、さらに長手
方向断面における磁粉粒子を実質的作用面に集束配向さ
せることにより、より一層のトルクの向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒状磁石の横断面及び長手方向断面における
磁粉粒子の磁化容易軸の配向状態を示した図である。

【図２】（ａ）は、従来のモーターの分解図である。
（ｂ）は、この発明に従う円筒状磁石を組み込んだモー
ターの分解図である。

【図３】従来の円筒状磁石を組み込んだモーターの断面
図である。

【図４】好適切欠き形状を示す斜視図である。

【図５】この発明に従う円筒状磁石を組み込んだモータ
ーの断面図である。

【図６】この発明に従う別の円筒状磁石を組み込んだモ
ーターの断面図である。

【図７】アキシャル型配向になる円筒状磁石の製造に用
いて好適な磁気回路装置の長手方向断面図である。

【図８】ラジアル型配向になる円筒状磁石の製造に用い
て好適な磁気回路装置の長手方向断面図である。

【図９】アキシャル型の単純集束配向になる円筒状磁石
の製造に用いて好適な磁気回路装置の長手方向断面図で
ある。

【図１０】ラジアル型の単純集束配向になる円筒状磁石
の製造に用いて好適な磁気回路装置の長手方向断面図で
ある。

【図１１】アキシャル型の両端部側面集束配向になる円
筒状磁石の製造に用いて好適な磁気回路装置の長手方向
断面図である。

【図１２】アキシャル型配向になる円筒状磁石の製造に
用いて好適な磁気回路装置の横断面図である。

【図１３】同じくアキシャル型配向になる円筒状磁石の
製造に用いて好適な磁気回路装置の横断面図である。

【図１４】ラジアル型配向になる円筒状磁石の製造に用
いて好適な磁気回路装置の横断面図である。

【図１５】横断面が単純集束配向になる円筒状磁石の製
造に用いて好適な磁気回路装置の横断面図である。

【図１６】横断面が両端部側面集束配向になる円筒状磁
石の製造に用いて好適な磁気回路装置の横断面図であ
る。

【図１７】ラジアル型配向になる円筒状磁石の製造に用
いて好適な磁気回路装置の横断面図である。

【図１８】実施例で作製した円筒状磁石の形状を示した
図である。

【図１９】実施例で作製した円筒状磁石の寸法及び切欠
きの寸法、形状を示した図である。

【図２０】実施例で作製した円筒状磁石の長手方向断面
における磁粉粒子の磁化容易軸の配向状態を示した図で
ある。

【符号の説明】

１ キャビティ ２ ダイ ３ 主極 ４ 中間磁極 ５ 対極 ６ ヨーク ７ 励磁コイル ８ 補助磁極 ９ 軸受け 10 ワッシャー 11 板ばね 12 ブラシ 13 円筒状磁石 14 ローター磁極 15 ローター励磁コイル 16 シャフト 17 強磁性体ケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01F 7/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横断面がＯ型形状になる円筒の内周面又
   は外周面のうち、軸心を挟んで対向する２領域を作用面
   とする円筒状磁石であって、作用面の一部を含む非作用
   面領域に切欠きを有し、該作用面における切欠き形状に
   つき、その面積が、少なくとも一方の円周方向において
   漸次減少するものである切欠き異方性円筒状磁石。
2. 【請求項２】 請求項１において、円筒状磁石の作用面
   及び軸心を含む長手方向断面における磁粉粒子の磁化容
   易軸が、作用面の中央域に集束配向してなる２極円筒状
   磁石。