JP3008615B2 - ラジアル異方性リング磁石及びその製造方法 - Google Patents

ラジアル異方性リング磁石及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はラジアル異方性リング
磁石とその製造方法に関し、詳しくは円周方向に沿って
サイン波状の磁束密度分布をもったリング磁石及びその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡＣサーボモータにおいて、ロータの回
転角度に関係なく一定トルクを発生するものが望まれて
おり、これを実現するためにロータ側の磁石が円周方向
に沿ってサイン波状の磁束密度分布を有することが理論
上必要であるとされている。
【０００３】そこで従来にあっては、図４に示している
ように円周方向に沿って厚みが連続的に変化するような
円弧状の分割体（偏心セグメント）１００をロータ側に
接着剤で複数枚張り合わせて、全体としてリング状を成
すようにし（この例では４枚の分割体１００をそれらが
円周方向に連続するように張り合わせることとなる）、
そしてその分割体１００の厚みの変化によって、サイン
波状ないしそれに近い波形の磁束密度分布をもたせるよ
うにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
にして複数の分割体１００を張り合わせてリング状磁石
を形成する場合、磁極の数が４極であれば４枚、また磁
極の数が８極になると８枚張り合わせなければならず、
分割体１００の張合せのために多くの工数と手間とが必
要となる。
【０００５】またその他、このようにして分割体１００
を張り合わせた場合、万一の場合モータ使用中に分割体
１００が剥がれる心配があり、加えて分割体１００を張
り付ける際の位置精度も問題となってくる。
【０００６】即ち分割体１００の張付け位置のずれを全
く無すことは困難で、これがモータにおけるコギング、
即ち回転ムラを生ぜしめる原因となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願の発明はこのような
課題を解決するためになされたものである。而して本願
の第一の発明は、磁石をリング状に形成するとともに該
リング磁石に対してラジアル方向に磁界をかけて着磁
し、且つその着磁に際して該磁界の強さを該リング磁石
の円周方向に沿って周期的に変化させることにより、着
磁状態において該円周方向にサイン波状の磁束密度分布
をもたせたことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】また本願の別の発明は、予備成形体に塑性
加工を施して最終磁石形状に形成した後これにラジアル
方向の磁界をかけて着磁することにより、該塑性加工の
加工度に対応した所定の磁気特性を発現せしめる磁石の
製造方法において、前記予備成形体をリング状且つ円周
方向に沿って肉厚が周期的に変化する形状と成し、該予
備成形体を肉厚の均等なリング形状に塑性加工すること
により、加工度を円周方向に沿って変化させ、以て該方
向にサイン波状の磁束密度分布をもたせることを特徴と
する（請求項２）。
【０００９】また本願の更に別の発明は、磁石材料粉末
を磁界をかけた状態でプレス成形するとともに焼結，着
磁処理して磁石製造するに際し、前記磁石材料粉末をラ
ジアル方向の磁界をかけた状態でリング状に成形するよ
うにし、且つその際に磁界の強さを円周方向に沿って周
期的に変化させることで、着磁状態において該円周方向
にサイン波状の磁束密度分布をもたせることを特徴とす
る（請求項３）。
【００１０】
【作用及び発明の効果】近年、磁気異方性を有する希土
類磁石が注目されており、様々な分野への適用が考えら
れている。
【００１１】この希土類磁石をＡＣサーボモータに適用
する場合、希土類磁石にラジアル方向の磁界をかけて着
磁することとなる。
【００１２】その際、本発明（請求項１の発明）では磁
石を予めリング状に形成し、そしてこれをラジアル磁場
中で着磁する際にその磁界の強さを円周方向に沿って均
等とせず、同方向に沿って周期的に強く或いは弱く変化
させることで、着磁された磁石に円周方向のサイン波状
の磁束密度分布をもたせるものである。
【００１３】このようにして得た磁石は、単体形状つま
り一体のリング形状を成しているため、ロータのシャフ
トへの取付けが容易で、少ない工数で取り付けることが
できる。
【００１４】また分割体を張り合わせる場合と異なっ
て、モータ使用中に張り付けた磁石が剥がれを生じると
いった心配もない。
【００１５】また本発明によれば磁石に対して良好にサ
イン波状の磁束密度分布をもたせ得ることが確認されて
おり、これによってモータにおける回転トルクのムラが
抑制され、高精度の制御が要求されるロボット分野への
適用も可能になるといった効果が得られる。
【００１６】上記希土類磁石の製造方法として、その予
備成形体に熱間で塑性加工を施すことによって磁気異方
性をもたせ、その異方性の方向に磁界をかけて着磁する
方法がある。
【００１７】請求項２の発明ではこのような予備成形体
をリング状且つ円周方向に沿って肉厚が周期的に変化す
る形状と成し、これを肉厚の均等なリング形状に塑性加
工することで、円周方向に沿って加工度を変化せしめ、
以て磁気特性に変化をもたせるようにしている。即ち円
周方向に沿って磁束密度分布波形がサイン波形状となる
ようにしている。
【００１８】本発明により得られる磁石もまた単一且つ
一体のリング状のものであり、従ってこれをＡＣサーボ
モータに適用した場合、請求項１の発明と同様、ロータ
への取付工数が少なく且つ磁石の剥がれの問題も生じな
い。
【００１９】一方請求項３の発明は、磁石材料粉末をプ
レス成形，焼結して磁石を得る方法に係るものである。
【００２０】希土類磁石の製造方法として、合金インゴ
ットを粉末化し、これを金型中で磁界をかけてプレス成
形し、更に焼結，着磁処理して異方性磁石を得る方法が
ある。
【００２１】その際に本発明に従って粉末をラジアル方
向に磁界をかけた状態でリング状に成形し、そしてその
成形時に磁界の強さを円周方向に沿って変化させること
で、前記着磁後の磁束密度を円周方向に沿って異なら
せ、サイン波状の磁束密度分布を付与することができ
る。
【００２２】而して本発明により得られる磁石もまた単
一且つ一体のリング状を成すものであってロータへの取
付けが簡単であり、使用中に磁石が剥がれるといった心
配もない。
【００２３】
【実施例】次に本発明の特徴を更に明確にすべく、以下
にその実施例を詳述する。 ［実施例１］Ｎｄ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｂから成る組成の希土
類磁石材料粉末をホットプレスした後、後方押出しを行
って外径が４０ｍｍφ，内径が３６ｍｍφ，長さが２０
ｍｍのリング磁石１０を作成した（図１参照）。
【００２４】この後これを図に示すように内側の着磁ヨ
ーク１２と外側の着磁ヨーク１４との間にセットし、コ
イル１６に電流を流してラジアル方向に磁界をかけ、着
磁を行った。
【００２５】ここで外側の着磁ヨーク１４の内周面は、
４つの円弧形状の面１８にて構成されていて、かかる外
側ヨーク１４の内周面とリング磁石１０の外周面との間
にギャップ２０が形成され、且つこのギャップ２０の深
さが円周方向に沿って周期的に変化するようにされてい
る。
【００２６】このような着磁ヨーク１２，１４を用いて
リング磁石１０をラジアル方向に着磁した場合、磁石１
０は内側ヨーク１２と外側ヨーク１４とが最も接近した
部位において、つまりギャップ２０の最も小さい部位に
おいて強く着磁され、また内側ヨーク１２と外側ヨーク
１４とが最も離れた部位、つまりギャップ２０の最も深
い部位において相対的に弱く着磁される。
【００２７】この結果、得られる磁石の磁束密度は円周
方向に沿って一定の分布を持つ。従ってこのギャップ２
０の深さ，パターンをコントロールすることで、リング
磁石１０に対して円周方向にサイン波状の磁束密度分布
をもたせることができる。
【００２８】［実施例２］Ｎｄ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｂから成
る組成の磁石材料粉末をホットプレスして図２に示すリ
ング状の予備成形体２２（外径４０ｍｍφ）を作成し
た。
【００２９】この予備成形体２２は、その内周面が４つ
の円弧形状の面２４（半径５３ｍｍの円弧）にて構成さ
れており、その肉厚が円周方向に沿って周期的に変化せ
しめられている。
【００３０】次にこの予備成形体２２に対して後方押出
加工を施し、実施例１と同形状のラジアル異方性リング
磁石とした。
【００３１】このとき予備成形体２２における厚肉部分
２６は加工度が高くなり、薄肉部分２８は加工度が低く
なる。この結果粒子の配向度（磁区の配向度）は厚肉で
あった部分において高く、薄肉であった部分において相
対的に低くなる。
【００３２】即ち、配向度がリング磁石の円周方向に沿
って周期的に高く或いは低く変化する。
【００３３】次に上記加工率の高い部分が極の中央に来
るようにしてリング磁石を着磁ヨーク内にセットし、磁
界をかけて着磁する。これによりサイン波状の磁束密度
分布をもつ磁石が得られる。
【００３４】［実施例３］Ｎｄ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｂから成
る組成の磁石材料粉末を図３に示す外型３０及び中型３
２の間のリング状の空間に充填し、これら外型３０，中
型３２及び上，下ポンチ３６，３８から成る金型を用い
てラジアル方向の配向磁場を加えた状態でプレス成形し
た。
【００３５】ここで外型３０は強磁性材４０の部分と非
磁性材４２の部分とから成っており、その強磁性材４０
の部分は内周面が４つの円弧形状の面４４から構成され
ていて、これに応じて非磁性材４２の部分の厚みが、円
周方向に沿って周期的に厚く或いは薄く変化せしめられ
ている。
【００３６】他方中型３２においても強磁性材４６の部
分と非磁性材４８の部分とから構成され、そして強磁性
材４６の部分の外周面が４つの円弧形状の面５０から構
成されていて、これに応じて非磁性材４８の部分の厚み
が、円周方向に沿って周期的に変化せしめられている。
【００３７】そして外型３０における非磁性材４２の部
分，中型３２における非磁性材４８の部分の厚みが最も
厚くなる部分が互いに対向させられ、厚みの最も薄い部
分ないしかかる非磁性材の存在しない部分が互いに対向
させられている。
【００３８】このような金型を用いてラジアル方向に磁
界をかけると、その磁界は非磁性材４２，４８の最も厚
い部分において弱く、非磁性材４２，４８の薄い部分な
いし非磁性材が存在しない部分において最も強くなり、
そして最も弱い部分から強い部分にかけて磁界が連続的
に変化する。
【００３９】従ってこのような磁場中でプレス成形する
と、粒子の配向は円周方向に沿って連続的に且つ周期的
に変化する。
【００４０】さて上記プレス成形を行った後、焼結及び
熱処理を行うことで、実施例１と同様の形状のラジアル
異方性リング磁石を得、引き続いて常法に従って着磁処
理を行う。これにより円周方向に沿ってサイン波状の磁
束密度分布を有するリング磁石を得る。
【００４１】［比較試験］上記実施例１〜３で得た磁石
と、上記図４に示す分割体をリング状に張り合わせた形
態の磁石の比較試験を行った。結果が表１に示してあ
る。
【００４２】
【表１】
【００４３】尚表中の数値は何れも図４に示す分割体に
て構成した磁石を基準（１００％）とし、これに対する
相対値（％）で表してある。
【００４４】この結果から、従来の磁石と同等以上の良
好な磁束密度分布を有し、回転トルクのムラのより少な
い一体のリング磁石が本発明により得られること、この
リング磁石はロータのシャフトへの取付工数が少ないこ
とが明確に分る。
【００４５】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において、当業者の知識に基づき様々な変形を加えた
態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例方法の説明図である。
【図２】本発明の他の実施例方法の説明図である。
【図３】本発明の更に他の実施例方法の説明図である。
【図４】本発明の背景説明のための説明図である。
【符号の説明】
１０ リング磁石 １２，１４ 着磁ヨーク ２０ ギャップ ２２ 予備成形体 ２６ 厚肉部分 ２８ 薄肉部分 ３０ 外型 ３２ 中型 ４０，４６ 強磁性材 ４２，４８ 非磁性材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 7/02 H01F 41/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁石をリング状に形成するとともに該リ
    ング磁石に対してラジアル方向に磁界をかけて着磁し、
    且つその着磁に際して該磁界の強さを該リング磁石の円
    周方向に沿って周期的に変化させることにより、着磁状
    態において該円周方向にサイン波状の磁束密度分布をも
    たせたことを特徴とするラジアル異方性リング磁石。
  2. 【請求項２】 予備成形体に塑性加工を施して最終磁石
    形状に形成した後これにラジアル方向の磁界をかけて着
    磁することにより、該塑性加工の加工度に対応した所定
    の磁気特性を発現せしめる磁石の製造方法において、 前記予備成形体をリング状且つ円周方向に沿って肉厚が
    周期的に変化する形状と成し、該予備成形体を肉厚の均
    等なリング形状に塑性加工することにより、加工度を円
    周方向に沿って変化させ、以て該方向にサイン波状の磁
    束密度分布をもたせることを特徴とするラジアル異方性
    リング磁石の製造方法。
  3. 【請求項３】 磁石材料粉末を磁界をかけた状態でプレ
    ス成形するとともに焼結，着磁処理して磁石製造するに
    際し、 前記磁石材料粉末をラジアル方向の磁界をかけた状態で
    リング状に成形するようにし、且つその際に磁界の強さ
    を円周方向に沿って周期的に変化させることで、着磁状
    態において該円周方向にサイン波状の磁束密度分布をも
    たせることを特徴とするラジアル異方性リング磁石の製
    造方法。
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