JP4013916B2 - Orientation processing device for anisotropic bonded magnet for 4-pole motor - Google Patents
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Description
本発明は、モータに使用される中空円筒状の4磁極の異方性希土類ボンド磁石を製造するために使用される配向処理装置に関する。 The present invention relates to an orientation processing apparatus used for manufacturing a hollow cylindrical four-pole anisotropic rare earth bonded magnet used in a motor.
モータ用の永久磁石として、中空円筒状に成形した異方性ボンド磁石が知られている。このボンド磁石は所定の磁場分布を発生させた状態で成形することで磁性体粉末の磁化容易軸を配向させている。円筒状のボンド磁石の軸に垂直な断面における配向のパターンには、主として、アキシャル配向とラジアル配向と極配向とがある。アキシャル配向は、断面において1軸方向に配向させる方法であり、ラジアル配向は断面中心から放射状に、即ち、円周の法線方向に配向させる方法である。 An anisotropic bonded magnet formed into a hollow cylindrical shape is known as a permanent magnet for a motor. This bond magnet is formed in a state where a predetermined magnetic field distribution is generated, thereby orienting the easy magnetization axis of the magnetic powder. The orientation pattern in the cross section perpendicular to the axis of the cylindrical bonded magnet mainly includes an axial orientation, a radial orientation, and a polar orientation. Axial alignment is a method of aligning in a uniaxial direction in the cross section, and radial alignment is a method of aligning radially from the center of the cross section, that is, in the normal direction of the circumference.
近年、モータの大幅な小型化・軽量化の要求がある。例えば、非磁性金型で成形したアキシャル配向の2極リング磁石があるが、トルクが小さいという問題点があるため、モータの大幅な小型化・軽量化には答えられない。また、アキシャル配向の発展形として考案された非磁性金型中に磁性材料を埋設することで2極ラジアル配向部と磁極間部でアキシャル配向と思われる配向部もしくは配向していない等方性部で構成された2極リング磁石(例えば、下記特許文献1)があるが、これもトルクが小さいという問題点があるため、モータの大幅な小型化・軽量化には答えられない。 In recent years, there has been a demand for significant reduction in size and weight of motors. For example, although there is an axially oriented two-pole ring magnet formed with a non-magnetic mold, there is a problem that the torque is small, so it cannot be answered for a significant reduction in size and weight of the motor. In addition, by embedding a magnetic material in a non-magnetic mold devised as an advanced form of axial orientation, an orientation portion that is considered to be axial orientation or an isotropic portion that is not oriented at the dipole radial orientation portion and the portion between the magnetic poles. However, since this also has a problem that the torque is small, it cannot answer the significant reduction in size and weight of the motor.
近年、1〜300WクラスのDCブラシモータにおいて大幅な小型化・軽量化の要求に答えるために、14MGOe以上の異方性ボンド磁石を使用した4極モータの検討がなされている(例えば、特許第3480733号)。そこで使用される磁石としては4極ラジアル配向磁石が想定される。これらに使用する磁石は0.7〜2.5mm程度の厚さである。この場合、前記の2極モータに対して、大トルク化は満足できるが、コギングトルクが大きいという問題点がある。この場合コギングトルクが大きいのは、配向が全周においてラジアル方向のみであり、その磁石を4極に着磁すると磁極間部で表面磁束密度が急激に減少するためである。コギングトルクを小さくするためには磁極間部(この部分では、磁極の向きが反転する部分であるので、以下、「遷移区間」という)において機械角の推移に伴って、漸増、漸減するような配向磁場および着磁磁場を供給する必要がある。遷移区間で内部磁化が機械角の推移に伴って、漸増、漸減するように分布すれば、遷移区間での表面磁束密度の急激な減少を防止することが出来る。この異方性ボンド磁石は保磁力が高いために、配向磁場は0.5T 以上が必要となる。しかし、上記の各配向方法では配向磁場が小さくなる遷移区間において、0.5T の磁場を供給することは困難であった。 In recent years, a 4-pole motor using an anisotropic bonded magnet of 14 MGOe or more has been studied in order to respond to the demand for a significant reduction in size and weight in DC brush motors of 1 to 300 W class (for example, Patent No. 1). 3480733). As a magnet used there, a quadrupole radial orientation magnet is assumed. The magnet used for these has a thickness of about 0.7 to 2.5 mm. In this case, a large torque can be satisfied with respect to the two-pole motor, but there is a problem that the cogging torque is large. In this case, the reason why the cogging torque is large is that the orientation is only in the radial direction on the entire circumference, and when the magnet is magnetized to four poles, the surface magnetic flux density rapidly decreases between the magnetic poles. In order to reduce the cogging torque, the magnetic pole part gradually increases and decreases with the transition of the mechanical angle in the part between the magnetic poles (in this part, the direction of the magnetic pole is reversed, hereinafter referred to as “transition section”). It is necessary to supply an orientation magnetic field and a magnetization magnetic field. If the internal magnetization is distributed so as to gradually increase and decrease as the mechanical angle changes in the transition section, it is possible to prevent a rapid decrease in the surface magnetic flux density in the transition section. Since this anisotropic bonded magnet has a high coercive force, the orientation magnetic field needs to be 0.5 T or more. However, it has been difficult to supply a magnetic field of 0.5 T in the transition section in which the orientation magnetic field is small in each of the above orientation methods.
そこで、4極モータに使用される4極磁石に対して、2極モータで使用される2極磁石のアキシャル配向の発展形として考案されている方式(特許文献1)を4極化に展開してみる。4極磁石では、2極配向に比べて配向金型の配向ヨークとして利用できる空間が小さいために、遷移区間においては、十分な配向磁場を供給し難いという問題点がある。 Therefore, the system (Patent Document 1) devised as an extension of the axial orientation of the 2-pole magnet used in the 2-pole motor is expanded to 4-pole with respect to the 4-pole magnet used in the 4-pole motor. Try. The quadrupole magnet has a problem that it is difficult to supply a sufficient orientation magnetic field in the transition section because the space that can be used as the orientation yoke of the orientation mold is small compared to the dipole orientation.
ところで、ボンド磁石の外周面を形成する金型の一部であるダイスリングの材質は、非磁性材であり、金型寿命の向上のために、しばしば非磁性超硬材が使用されている。ダイスリングを非磁性材としたまま単に供給磁場を増加させても、配向金型や装置の大きさを一定とすると、ヨークサイズで最大供給磁場が決まってしまい、ある値以上の磁場が供給できない。そこでヨーク間の周回方向の距離の調整を検討すると以下のようになる。 By the way, the material of the die ring which is a part of the die forming the outer peripheral surface of the bonded magnet is a non-magnetic material, and a non-magnetic cemented carbide material is often used to improve the die life. Even if the supply magnetic field is simply increased while the die ring is made of a non-magnetic material, the maximum supply magnetic field is determined by the yoke size if the size of the orientation mold and the apparatus is constant, and a magnetic field exceeding a certain value cannot be supplied. . Therefore, the adjustment of the distance in the circumferential direction between the yokes is considered as follows.
キャビティにおいて、ラジアル配向をさせる区間の角度範囲を大きくしようとすると、おのずと各ヨークの角度幅が大きくなるために、磁性体のヨーク間の周回方向の距離が近づき過ぎて、ヨーク極間で磁束の短絡が生じる。この結果、キャビティの遷移区間においては有効な磁場が発生しない。このために、遷移区間における配向磁場の大きさが低下してしまう。また、遷移区間のキャビティ外に漏洩する磁場、すなわち、ヨーク極間での短絡を少なくするために、ダイスリングに接するヨークの内周面を径方向に遠ざけて、各ヨーク磁極同士の周回方向の距離を広げることが考えられる。しかしながら、各ヨークの磁極からキャビティまでの距離が大きくなるので、自ずとキャビティ部に発生するラジアル配向の磁束が小さくなる問題点がある。また、ヨークのキャビティの対向面を径方向に後退させずに、ヨーク磁極間の磁束の漏れ(短絡)を嫌ってヨークの角度幅を狭めると、配向ヨークが対向するキャビティの区間は、十分な配向磁場が供給されるものの、配向部の面積が減る。このため、ヨーク極間の距離が離れすぎるため遷移区間の配向磁場が低下し、ボンド磁石において遷移区間に無配向の等方性のデッドスペースが生じる。そのため、トルクが低下する。よって、大トルクと低コギングトルクを満足する磁石を得ることはできない。 In the cavity, if the angular range of the section for radial orientation is increased, the angular width of each yoke naturally increases, so that the distance in the circumferential direction between the yokes of the magnetic material becomes too close, and the magnetic flux between the yoke poles becomes too close. A short circuit occurs. As a result, an effective magnetic field is not generated in the cavity transition section. For this reason, the magnitude | size of the orientation magnetic field in a transition area will fall. Further, in order to reduce the magnetic field leaking outside the cavity in the transition section, i.e., the short circuit between the yoke poles, the inner peripheral surface of the yoke contacting the die ring is moved away from the radial direction in the circumferential direction of the yoke magnetic poles. It is possible to increase the distance. However, since the distance from the magnetic pole of each yoke to the cavity is increased, there is a problem that the radially oriented magnetic flux generated in the cavity portion is naturally reduced. Also, if the yoke width is narrowed by avoiding leakage (short circuit) of magnetic flux between the yoke magnetic poles without retreating the facing surface of the yoke cavity in the radial direction, the section of the cavity facing the orientation yoke is sufficient. Although the orientation magnetic field is supplied, the area of the orientation portion is reduced. For this reason, since the distance between the yoke poles is too far, the orientation magnetic field in the transition section is lowered, and a non-oriented isotropic dead space is generated in the transition section in the bonded magnet. Therefore, the torque is reduced. Therefore, a magnet that satisfies a large torque and a low cogging torque cannot be obtained.
このような配向のボンド磁石を、例えば、2極のDCブラシモータに用いた場合には、主として、モータは次の特性を示す。アキシャル配向のボンド磁石を用いたモータは、機械角の変化に対して法線方向の表面磁束密度が正弦波的に変化するので、コギングトルクは小さいが、出力トルクも小さい。一方、ラジアル配向のボンド磁石を用いたモータは、機械角の変化に対して法線方向の表面磁束密度が大略方形波的に変化するので、出力トルクは大きいが、コギングトルクも大きい。 When such a bonded magnet is used in, for example, a two-pole DC brush motor, the motor mainly exhibits the following characteristics. In a motor using an axially oriented bonded magnet, the cogging torque is small but the output torque is small because the surface magnetic flux density in the normal direction changes sinusoidally with respect to the change in mechanical angle. On the other hand, a motor using a radially oriented bonded magnet has a large output torque but a large cogging torque because the surface magnetic flux density in the normal direction changes in a substantially square wave with respect to a change in mechanical angle.
下記特許文献1は、磁極間の遷移区間においてアキシャル配向とする2極の磁石を示している。しかし、4極のボンド磁石を構成する場合には、上記したように遷移区間の実角度が狭くなり、遷移区間における配向は実際には困難である。まして、遷移区間において異方性希土類磁性体粉末の配向方向を徐々に変化させる思想は開示されていないし、記載の金型構造を用いたのでは、このような配向はできない。
また、下記特許文献2、3は、磁極と磁極の間の遷移区間において、着磁後の表面磁束密度の法線方向成分が機械角の変化に伴って徐々に減少して、徐々に増加する特性としたボンド磁石を開示している。しかし、このような着磁分布を実現しても、ラジアル配向の場合に比べてコギングトルクは小さくなるもののモータの出力は小さいものであった。
In the following
図11に示すように、特許文献2、3によると、金型は、軟磁性体のコア52とキャビティ55と非磁性体のリング53と軟磁性体からなるガイド51a、51b、非磁性体から成るインサート54a、54bを有する。この成形金型においては、キャビティ55の外側に成形圧による磨耗に耐えるために非磁性体の超硬材料から成るリング53が用いられている。このため、遷移区間Aにおいては、キャビティ55の外側法線方向の磁路は、非磁性体のリング53、非磁性体のインサート54a、54bで構成され、全て、非磁性体となるために、キャビティ55の遷移区間Aでは、磁場分布を、磁極の中立点に近づくに連れて徐々に円筒側面の周回接線方向を向き、中立点においては円筒側面の周回接線方向となり、中立点から遠ざかる連れて徐々に円筒側面の法線方向を向く分布とすることができない。また、異方性希土類磁性体粉末を用いた場合には、配向に大きな磁場を要する。これらのことから、特許文献2、3では、遷移区間Aにおける周回方向の配向磁場成分が大きくなく、配向を十分に完了する程、大きくはない。このため、遷移区間Aでは、配向が不完全となり、等方的配向となっていた。このことが、ラジアル配向の異方性ボンド磁石を用いた場合に比べて、モータの出力が低い原因であった。
As shown in FIG. 11, according to
今回、成形金型に着目して、配向方法の検討を行なった。上記の従来技術では、遷移区間の磁石外径側金型の材質はすべて非磁性材を用いられており、金型寿命向上を目的としてしばしば非磁性超硬材を使用していた。遷移区間の磁石外径側金型の材質を非磁性材にするということは、キャビティの遷移区間には配向できないことを意味する。 This time, focusing on the mold, we examined the orientation method. In the above prior art, all the magnet outer diameter side molds in the transition section are made of a nonmagnetic material, and a nonmagnetic cemented carbide material is often used for the purpose of improving the mold life. Making the material of the magnet outer diameter side mold in the transition section non-magnetic means that it cannot be oriented in the transition section of the cavity.
そこで、遷移区間の磁石外径側金型の材質を上記とはまったく逆機能である鉄等の磁性材に単に置換すると、この磁性材部に磁束が流れてしまうと考えられるために、従来まったく使用されてこなかった。 Therefore, simply replacing the material of the magnet outer diameter side mold in the transition section with a magnetic material such as iron, which has the exact opposite function to the above, is considered to cause a magnetic flux to flow through this magnetic material portion. It has not been used.
そこで、鋭意検討した結果、遷移区間の磁石外径側金型に磁性材料でかつ、金型材としての強度を有する材料を適用し、その厚さをできるだけ薄くすることにより、積極的にこの磁性材料の磁気飽和をさせ、かつ、非磁性材を用いた場合に比べて、同一キャビティの場合において、磁気回路上のエアーギャップを同時に短くすることができるため、同一キャビティへ供給する磁場を大幅に向上させることができる。その結果、遷移区間において、機械角の推移に伴って、漸増、漸減するような配向磁場を供給することができる。 Therefore, as a result of diligent study, this magnetic material was positively applied by applying a magnetic material and a material having strength as a mold material to the outer diameter side mold of the transition section, and reducing the thickness as much as possible. Compared to the case of magnetic saturation and non-magnetic material, the air gap on the magnetic circuit can be shortened simultaneously in the case of the same cavity, greatly improving the magnetic field supplied to the same cavity. Can be made. As a result, it is possible to supply an orientation magnetic field that gradually increases and decreases as the mechanical angle changes in the transition section.
さらに同様な配向パターン沿って、着磁すると、遷移区間で内部磁化が機械角の推移に伴って、漸増、漸減するような分布することができ、従来デッドスペースであった遷移区間を有効に機能させることができる。そのため遷移区間の表面磁束が機械角の推移に伴って、漸増、漸減するように形成されるため、表面磁束が急激な減少を防止することが出来、大トルクを維持しつつコギングトルクを大幅に減少することが出来る。 In addition, when magnetized along the same orientation pattern, the internal magnetization can be distributed gradually increasing and decreasing with the transition of the mechanical angle in the transition section, effectively functioning in the transition section that was previously a dead space Can be made. Therefore, the surface magnetic flux in the transition section is formed to gradually increase and decrease as the mechanical angle changes, so that the surface magnetic flux can be prevented from abruptly decreasing and the cogging torque can be greatly increased while maintaining a large torque. Can be reduced.
そこで、本発明は、出力トルクが大きく、コギングトルクの小さいモータ用ボンド磁石を実現することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to realize a bonded magnet for a motor that has a large output torque and a small cogging torque.
上記課題を解決するための請求項1に記載の発明の構成は、異方性希土類磁性体粉末を樹脂で成形した中空円筒形状の4磁極モータ用異方性ボンド磁石を金型を用いた成形により製造するための配向処理装置において、金型の成形空間に設けられた円柱状の磁性体からなるコアと、該コアの外周部に円筒状に形成され、異方性ボンド磁石原料を充填して成形するための幅0.7mm〜3mmのキャビティと、キャビティの外周部にコアの中心に向かって配設され、キャビティにおいて法線方向に配向磁場を形成する4分割された磁性体から成る第1ダイスと、ボンド磁石の磁極の向きが変化する遷移区間に対応して、隣接する第1ダイスの間であって、キャビティの外周部にコアの中心に向かって配設された非磁性体から成る4分割された第2ダイスと、4個の第1ダイスに磁束を与えるコイルと、キャビティの外周面を構成する薄肉の円筒状の磁性体から成る磁束誘導部材とから成る配向処理装置である。 According to the first aspect of the present invention for solving the above problems, an anisotropic bonded magnet for a hollow cylindrical four-pole motor formed by molding an anisotropic rare earth magnetic powder with a resin is molded using a mold. In the orientation processing apparatus for manufacturing by, a core made of a columnar magnetic body provided in the molding space of the mold, and formed in a cylindrical shape on the outer periphery of the core, filled with anisotropic bonded magnet raw material A cavity having a width of 0.7 mm to 3 mm for molding and a four-part magnetic body which is disposed on the outer periphery of the cavity toward the center of the core and forms an orientation magnetic field in the normal direction in the cavity. Corresponding to a transition section in which the direction of the magnetic pole of the bonded magnet changes between one die and a non-magnetic material disposed between the adjacent first dies and on the outer periphery of the cavity toward the center of the core 4th divided And a die, an alignment treatment apparatus consisting of the four first die and the coil providing a magnetic flux, a flux guide elements consisting of thin cylindrical magnetic body constituting the outer peripheral surface of the cavity.
上記のコアには、純鉄、SS400などの強磁性軟鉄、第1ダイスには、純鉄、SS400などの強磁性体、磁束誘導部材には、磁性超硬、粉末ハイス、ハイス材などの強磁性体、第2ダイスには、SUS304、析出硬化形ステンレス鋼などの非磁性体を用いることができる。 The core is pure iron, ferromagnetic soft iron such as SS400, the first die is pure iron, ferromagnetic material such as SS400, and the magnetic flux induction member is strong such as magnetic carbide, powder high speed steel, high speed steel. A nonmagnetic material such as SUS304 or precipitation hardened stainless steel can be used for the magnetic material and the second die.
請求項2に記載の発明は、磁束誘導部材の厚さは、1.0〜3.5mmであることを特徴とする請求項1に記載の配向処理装置である。
請求項3に記載の発明は、キャビティの第2ダイスが存在する区間の配向磁場は0.5T以上に磁束を誘導することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の配向処理装置である。
The invention according to
According to a third aspect of the present invention, in the alignment processing apparatus according to the first or second aspect of the present invention, the alignment magnetic field in a section where the second die of the cavity exists induces a magnetic flux to 0.5 T or more. is there.
請求項4に記載の発明は、コアの外周面に配設され、キャビティの内周面を構成する円筒状の薄肉の磁性超硬物質から成るリングを有することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の配向処理装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a ring made of a cylindrical thin-walled magnetic cemented carbide material that is disposed on the outer peripheral surface of the core and constitutes the inner peripheral surface of the cavity. 4. The alignment processing apparatus according to any one of
4分割された磁性体の第1ダイスとコアにより、キャビティにおいて法線方向の磁場を形成することができる。磁極の向きが変化する遷移区間においては、非磁性体の第2ダイスが存在するので、法線方向の磁場は形成され難い。キャビティの外周面を構成する磁性体から成る円筒状の磁束誘導部材が配置されているので、第2ダイスの両側に位置する第1ダイスによりキャビティの法線方向に誘導された磁束は、一部、遷移区間の周回方向にも誘導される。この周回方向に誘導された磁束がキャビティの遷移区間に漏れることになる。このため、キャビティの遷移区間においては、周回方向の成分を有する配向磁場が生じる。この結果、キャビティの遷移区間においては、異方性希土類磁性体粉末の配向方向を、磁極の中立点に近づくに連れて徐々に磁石の円筒側面の周回接線方向を向き、中立点においては円筒側面の周回接線方向となり、中立点から遠ざかるに連れて徐々に円筒側面の法線方向となる分布とすることができる。また、キャビティの遷移区間以外の主としてトルクを生じる区間においては、異方性希土類磁性体粉末の配向方向を法線方向とすることができる。 A magnetic field in the normal direction can be formed in the cavity by the first die and the core divided into four parts. In the transition section in which the direction of the magnetic pole changes, the non-magnetic second die is present, so that a normal magnetic field is hardly formed. Since a cylindrical magnetic flux guide member made of a magnetic material constituting the outer peripheral surface of the cavity is disposed, a part of the magnetic flux induced in the normal direction of the cavity by the first die located on both sides of the second die is partially , It is also induced in the circulation direction of the transition section. The magnetic flux induced in the circulation direction leaks into the transition section of the cavity. For this reason, an orientation magnetic field having a component in the circulation direction is generated in the transition section of the cavity. As a result, in the transition zone of the cavity, the orientation direction of the anisotropic rare earth magnetic powder gradually turns to the tangential direction of the cylindrical side surface of the magnet as it approaches the neutral point of the magnetic pole, and the cylindrical side surface at the neutral point It is possible to obtain a distribution in which the direction of the tangential tangent of the cylinder is gradually increased and gradually becomes the normal direction of the cylindrical side surface as the distance from the neutral point increases. Further, in the section where torque is generated mainly other than the transition section of the cavity, the orientation direction of the anisotropic rare earth magnetic powder can be the normal direction.
異方性希土類磁性体粉末をこのようなセミラジアル配向としたボンド磁石を着磁してモータの4磁極用の磁石とすれば、出力が大きくコギングトルクの小さなモータとなる。本発明の製造装置は、このような配向を有した4磁極異方性希土類ボンド磁石を容易に製造することができる。 By magnetizing a bond magnet having such a semi-radial orientation made of anisotropic rare earth magnetic powder to form a magnet for a four-pole motor, the motor has a large output and a small cogging torque. The production apparatus of the present invention can easily produce a four-pole anisotropic rare earth bonded magnet having such an orientation.
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではない。
異方性希土類ボンド磁石は、出願人によって提案された公開番号p2001−76917A、登録番号第2816668号の製造方法で作製される磁石であって、例えば、Nd−Fe−Bからなる磁粉を樹脂成型することにより製造され、1軸方向に強く磁化される磁石である。この磁石は、従来の焼結フェライト磁石と比較して最大エネルギー積(BHmax )が4倍以上となる特徴がある。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
An anisotropic rare earth bonded magnet is a magnet produced by the manufacturing method of publication number p2001-76917A and registration number 2816668 proposed by the applicant, for example, magnetic powder made of Nd-Fe-B is resin-molded. It is a magnet that is manufactured by doing so and is strongly magnetized in the uniaxial direction. This magnet is characterized in that the maximum energy product (BH max ) is four times or more compared to a conventional sintered ferrite magnet.
又、この異方性希土類ボンド磁石は樹脂成形で形成されるので、容易に精度よく形成される。これにより、モータ筐体内周部の永久磁石形状を精度のよい中空円筒形状とすることができる。即ち、永久磁石によるモータ内部磁場を精度の良い回転対称とすることができる。内部磁場の対称性が高精度となるので、中央部の電磁回転体は均一にトルクを受け回転することができる。よって、従来のようなトルクムラによる異音が低減されて、より静粛なモータ装置となる。又、異方性希土類ボンド磁石は中空円筒形状に樹脂成形されるので、モータ装置筐体への組み付けも容易となる。従来のように、分離された4極の焼結フェライト磁石をそれぞれ組み付ける必要がない。即ち、製造工程も容易とする利点がある。 Further, since this anisotropic rare earth bonded magnet is formed by resin molding, it is easily formed with high accuracy. Thereby, the permanent magnet shape of the inner periphery of the motor housing can be made into a hollow cylindrical shape with high accuracy. That is, the motor internal magnetic field by the permanent magnet can be made rotationally symmetric with high accuracy. Since the symmetry of the internal magnetic field is highly accurate, the electromagnetic rotating body at the center can be rotated by receiving torque uniformly. Therefore, the conventional noise due to torque unevenness is reduced, and the motor device becomes quieter. Further, since the anisotropic rare earth bonded magnet is resin-molded into a hollow cylindrical shape, it can be easily assembled to the motor device casing. As in the prior art, it is not necessary to assemble each of the separated 4-pole sintered ferrite magnets. That is, there is an advantage that the manufacturing process is easy.
本発明は、中空円筒状の4磁極異方性ボンド磁石の軸に垂直な断面における異方性希土類磁性体粉末の配向方向(異方性希土類磁性体粉末の磁化容易軸が外部から与える配向磁場の向きになるように異方性希土類磁性体粉末を回転させた後の磁化容易軸の向き)の分布を特有なものとする配向処理装置である。本発明の配向処理装置を用いることにより、磁極の周期的な変化を機械角を変数として表す時、トルクの発生に主として寄与する機械角区間においては、断面において、異方性希土類磁性体粉末の配向方向を法線方向とすることができる。そして、磁極の向きが変化する遷移区間においては、図1に示すように、異方性希土類磁性体粉末の配向方向を、磁極の中立点Mに近づくに連れて徐々に磁石の円筒側面の周回接線方向を向き、中立点Mにおいては円筒側面の周回接線方向となり、中立点Mから遠ざかるに連れて徐々に円筒側面の法線方向となる分布とすることができる。 The present invention relates to an orientation direction of an anisotropic rare earth magnetic powder in a cross section perpendicular to the axis of a hollow cylindrical four-pole anisotropic bonded magnet (an orientation magnetic field externally provided by an easy magnetization axis of an anisotropic rare earth magnetic powder). The orientation processing apparatus makes the distribution of the easy magnetization axis direction after rotating the anisotropic rare earth magnetic powder so that the orientation of By using the orientation processing apparatus of the present invention, when the periodic change of the magnetic poles is expressed as a mechanical angle as a variable, in the mechanical angle section that mainly contributes to the generation of torque, in the cross section, The orientation direction can be the normal direction. In the transition section where the direction of the magnetic pole changes, as shown in FIG. 1, the orientation direction of the anisotropic rare earth magnetic powder gradually turns around the cylindrical side surface of the magnet as it approaches the neutral point M of the magnetic pole. The distribution is such that the tangential direction is directed, the circular tangential direction of the cylindrical side surface at the neutral point M, and gradually the normal direction of the cylindrical side surface as the distance from the neutral point M increases.
異方性希土類磁性体粉末の配向方向をこのような分布にさせた4磁極異方性ボンド磁石において、さらに、配向方向に着磁することで、配向分布と同一の着磁分布の大きな磁気モーメントを有した4磁極異方性ボンド磁石が得られる。この着磁後の4磁極異方性ボンド磁石の表面磁化ベクトルの分布は、大きさが異なるだけで配向分布と相似となる。又、異方性ボンド磁石は、最大エネルギー積が14MGOe 以上であることをが望ましい。さらに、望ましくは、17MGOe 以上である。最大エネルギー積がこれらの値を越える場合に、本発明の配向分布の利点を大きく生かすことができ、モータの出力を有効に向上させると共にコギングトルクを減少させることができる。 In a four-pole anisotropic bonded magnet in which the orientation direction of the anisotropic rare earth magnetic powder is set to such a distribution, by further magnetizing in the orientation direction, a large magnetic moment having the same magnetization distribution as the orientation distribution is obtained. A four-pole anisotropic bonded magnet having The distribution of the surface magnetization vectors of the four-pole anisotropic bonded magnet after magnetization is similar to the orientation distribution only with different sizes. The anisotropic bonded magnet preferably has a maximum energy product of 14 MGOe or more. Furthermore, it is desirably 17 MGOe or more. When the maximum energy product exceeds these values, the advantages of the orientation distribution of the present invention can be greatly utilized, and the motor output can be effectively improved and the cogging torque can be reduced.
(第1実施例)
図1は、本発明の具体的な実施の形態に係るボンド磁石の構成を示している。ボンド磁石10には、例示であるが、Nd−Fe−B系の異方性希土類ボンド磁石を用いた。ボンド磁石10は軸11を中心として周辺に外周肉厚部12を有した中空円筒形状をしている。図1は軸11に垂直な横断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a bonded magnet according to a specific embodiment of the present invention. As an example, the
図1は、外周肉厚部12における異方性希土類磁性体粉末の配向方向を示している。機械角(実回転角)で約67.5度の区間Bが主としてトルクを発生する区間である。また、機械角約22.5度の区間Aが磁極が変化する遷移区間である。ただし、遷移区間は磁極の向きが法線方向から周回接線方向に向きを変化し始める一応の目安を示す区間の意味であり、この境界で臨界的に磁化ベクトルの周回接線成分が変換するものではない。区間Bにおいては、異方性希土類磁性体粉末は円筒側面の法線方向に配向している。また、遷移区間Aにおいては、図示するように機械角の推移に伴って、異方性希土類磁性体粉末の配向方向は、滑らかに反転する。すなわち、異方性希土類磁性体粉末は、磁極の中立点Mに近づくに連れて徐々に磁石の円筒側面の周回接線方向を向き、中立点においては円筒側面の周回接線方向となり、中立点から遠ざかるに連れて徐々に円筒側面の法線方向を向く、配向分布をしている。
FIG. 1 shows the orientation direction of the anisotropic rare earth magnetic powder in the outer peripheral
磁性体粉末を配向させるための配向磁場を印加して、圧縮成形した後、4磁極異方性ボンド磁石に着磁する。機械角90度の範囲における着磁後の法線方向の表面磁束密度の変化特性は図2に示す特性となる。図2に示すように、区間Bにおいては、法線方向の表面磁束密度はほぼ一定であり、遷移区間Aにおいては法線方向の表面磁束密度は機械角θの増加に伴って、その絶対値が滑らかに漸減、漸増している。 An orientation magnetic field for orienting the magnetic powder is applied and compression molded, and then magnetized to a four-pole anisotropic bonded magnet. The change characteristic of the surface magnetic flux density in the normal direction after magnetization in the range of the mechanical angle of 90 degrees is the characteristic shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the section B, the surface magnetic flux density in the normal direction is substantially constant, and in the transition section A, the surface magnetic flux density in the normal direction increases as the mechanical angle θ increases. Is gradually decreasing and increasing gradually.
なお、ボンド磁石10の軸11に平行な縦断面図における法線方向の表面磁束密度の分布は軸11の方向に沿って一様にしている。しかし、軸11の方向に沿っては一様に磁化させなくとも良い。
The distribution of the surface magnetic flux density in the normal direction in the longitudinal sectional view parallel to the
一方、比較例として、ラジアル配向させたボンド磁石を製造した。寸法は上記実施例のボンド磁石と同一である。図3に、機械角90度での、ラジアル配向させて着磁したボンド磁石の法線方向の表面磁束密度の変化特性を示す。図3に示すように、ラジアル配向させたボンド磁石では、遷移区間Aにおいて表面磁束密度の立ち上がりと立ち下がりが急峻となり、立ち上がり付近でピークP1、立ち下がり付近でピークP2が現れ、区間Bの中央部(機械角でπ/4)で谷V1を有する特性となる。これは、図7に示すように、異方性ボンド磁石の表面に現れる磁荷(磁化)の有限分布により区間Bの中央部で最も大きくなる反磁場の影響と考えられる。 On the other hand, as a comparative example, a radially oriented bonded magnet was manufactured. The dimensions are the same as those of the bonded magnet of the above embodiment. FIG. 3 shows the change characteristics of the surface magnetic flux density in the normal direction of a bonded magnet magnetized in a radial orientation at a mechanical angle of 90 degrees. As shown in FIG. 3, in the radially oriented bonded magnet, the rise and fall of the surface magnetic flux density are steep in the transition section A, the peak P1 appears near the rise, the peak P2 appears near the fall, and the center of the section B Part (mechanical angle π / 4) has a valley V1. As shown in FIG. 7, this is considered to be the influence of the demagnetizing field that becomes the largest in the central portion of the section B due to the finite distribution of magnetic charges (magnetization) appearing on the surface of the anisotropic bonded magnet.
ところが、本実施例のセミラジアル配向の場合には、遷移区間Aにおいて表面磁束密度の立ち上がりと立ち下がりが、ラジアル配向させたボンド磁石の場合に比べて、緩やかとなり、立ち上がり付近のピークS1、立ち下がり付近のピークS2は、ラジアル配向の場合に比べて、小さくなり、区間Bの中央部(機械角でπ/4)で谷U1が、ラジアル配向の場合に比べて、大きくなる。すなわち、本実施例のセミラジアル配向の場合のピークと谷との差(S1−U1)は、ラジアル配向の場合のピークと谷との差(P1−V1)よりも小さくなっていることが理解される。また、機械角π/2の範囲における図3に示された表面磁束密度の平均値Bavに対するピークと谷との差の割合をリップル率と定義すれば、リップル率は、ラジアル配向の場合は、27%であり、本実施例のセミラジアル配向の場合は、11%である。4極モータに対して2極モータでのアキシャル配向の発展形として考案されている方式を適用した場合の配向の場合には、10.4%である。 However, in the case of the semi-radial orientation of the present embodiment, the rise and fall of the surface magnetic flux density in the transition section A are slower than in the case of the radially oriented bond magnet, and the peak S1 near the rise and rise. The peak S2 in the vicinity of the decrease is smaller than that in the radial alignment, and the valley U1 is larger in the central portion of the section B (mechanical angle π / 4) than in the radial alignment. That is, it is understood that the difference (S1-U1) between the peak and the valley in the case of the semi-radial alignment of this example is smaller than the difference (P1-V1) between the peak and the valley in the case of the radial alignment. Is done. In addition, if the ratio of the difference between the peak and the valley with respect to the average value B av of the surface magnetic flux density shown in FIG. 3 in the range of the mechanical angle π / 2 is defined as the ripple rate, the ripple rate is 27%, and 11% in the case of the semi-radial orientation of this example. In the case of the orientation in the case of applying a method devised as an extension of the axial orientation in the 2-pole motor to the 4-pole motor, it is 10.4%.
また、各配向方式の場合の表面磁束密度の平均値BAVは、ラジアル配向の場合を100とすると、本実施例であるセミラジアル配向の場合は103である。4極モータに対し2極モータでのアキシャル配向の発展型として提案されている方式の場合には、95であった。リップル率が大きいと、特性の立ち上がりと立ち下がりが急峻となるので、コギングトルクが大きくなる。コギングトルクが小さくなる範囲としては、リップル率を20%以下とするのが望ましい。 Further, the average value B AV of the surface magnetic flux density in each orientation method is 103 in the case of the semi-radial orientation of the present embodiment, where 100 is assumed in the radial orientation. In the case of the method proposed as a development type of the axial orientation in the 2-pole motor with respect to the 4-pole motor, it was 95. If the ripple rate is large, the rise and fall of the characteristics become steep, so that the cogging torque becomes large. As a range in which the cogging torque becomes small, it is desirable that the ripple rate is 20% or less.
一方、特許文献2、3の記載された異方性ボンド磁石の着磁後の法線方向の表面磁束密度は図3の曲線Eに示す特性となる。これは、従来技術の欄で説明したように、十分な配向磁場が供給されていないため、遷移区間Aにおいて異方性磁性体粉末の配向がなされていないために、着磁しても磁化ベクトルが小さく、遷移区間Aにおける表面磁束密度が小さくなることが原因と思われる。
On the other hand, the surface magnetic flux density in the normal direction after magnetization of the anisotropic bonded magnet described in
このような機械角π/2の範囲において2つのピークが現れる特性は、異方性ボンド磁石の表面に現れる磁荷(磁化)による反磁場の影響と考えられる。機械角π/2の有限範囲において磁荷(磁化)が一様に分布している場合には、磁荷(磁化)分布の対称性から機械角π/2の区間の中央部が反磁場の影響が最も大きくなるので、図7に示すように、その中央部での表面磁束密度が最も小さくなる。本実施例のセミラジアル配向の場合には、遷移区間Aにおいては異方性希土類磁性体粉末の配向方向が中立点Mに向かうにつれて徐々に周回接線方向を向いているために、ボンド磁石の表面に現れる磁荷(磁化)密度は中立点Mに向かうにつれて徐々に小さくなる。この結果、図7に示すように、本発明のセミラジアル配向では、ラジアル配向に比べて、機械角π/2の区間の端部での反磁場、及び中央部での反磁場は小さくなり、両端のピークが小さくなり、中央部の谷は大きくなる結果として、ピークと谷の差が小さくなるものと考えられる。 Such a characteristic that two peaks appear in the range of the mechanical angle π / 2 is considered to be an influence of a demagnetizing field due to a magnetic charge (magnetization) appearing on the surface of the anisotropic bonded magnet. When the magnetic charge (magnetization) is uniformly distributed in the finite range of the mechanical angle π / 2, the central part of the section of the mechanical angle π / 2 is demagnetized due to the symmetry of the magnetic charge (magnetization) distribution. Since the influence becomes the largest, as shown in FIG. 7, the surface magnetic flux density at the central portion becomes the smallest. In the case of the semi-radial orientation of the present embodiment, in the transition section A, the orientation direction of the anisotropic rare earth magnetic powder gradually turns to the tangential direction as it goes to the neutral point M. The magnetic charge (magnetization) density that appears in the graph gradually decreases toward the neutral point M. As a result, as shown in FIG. 7, in the semi-radial orientation of the present invention, the demagnetizing field at the end of the section of the mechanical angle π / 2 and the demagnetizing field at the center are smaller than in the radial orientation, It is considered that the difference between the peak and the valley becomes small as a result of the peak at both ends becoming smaller and the valley at the center becoming larger.
次に、上記のボンド磁石の配向を圧縮成形時に行う実施例に基づいて説明する。以下、この実施例で製造されるボンド磁石をタイプAと呼ぶ。図4が装置の平面断面図、図5が装置の縦断面図である。図6が金型30のキャビティ35を含む部分の詳細断面図である。円筒状の金型30は、中心部には軟磁性体から成る外径26mmのコア32が配設されており、そのコア32の周囲は強磁性体の磁性超硬材から成る円筒状の内径26mm、外径30mm、厚さ2mmの第1リング34が配設されている。そして、その第1リング34と一定の間隙を設けて、強磁性体の磁性超硬材から成る円筒状の内径33mm、外径37mm、厚さ2mmの第2リング36が設けられている。第2リング36の厚さは2mm、飽和磁束密度を0.3Tである。第1リング34と第2リング36との間に、樹脂成形のための厚さ1.5mmのキャビティ35が形成されている。このキャビティ35に磁性体粉末と樹脂粉末から構成されたボンド磁石原料が供給される。
Next, an explanation will be given of an example in which the orientation of the bonded magnet is performed during compression molding. Hereinafter, the bonded magnet manufactured in this embodiment is referred to as Type A. 4 is a plan sectional view of the device, and FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the device. FIG. 6 is a detailed sectional view of a part including the
第2リング36の外側には、4分割された扇形の強磁性体から成る第1ダイス38a、38b、38c、38dと、各第1ダイス間に設けられた扇形のステンレス等の非磁性体から成る第2ダイス40a、40b、40c、40dが設けられている。これらの部材により金型30が形成されている。第2リング36と4分割された扇形の強磁性体から成る第1ダイス38a、38b、38c、38dとの各接合面の軸に垂直な断面における円弧長は約23mmである。また、第1リング34と4分割された扇形の非磁性体から成る第2ダイス40a、40b、40c、40dとの各接合面の軸に垂直な断面における円弧長は約6mmである。
On the outside of the
金型30の外側には、円形のポールピース42が配設されており、そのポールピース42は43a、43b、43c、43dの4区画を有しており、各区画の間にコイルを巻くためのスペース44a、44b、44c、44dが形成されている。隣接する2つのスペース、例えば、44aと44bとに、その間の区画43aを内包するようにコイル46aが巻かれる。
A
上記の構成において、コイル46aに電流を流すことによりポールピース43aの表面がN極となる磁束を発生させ、コイル46bに電流を流すことによりポールピース43bの表面がS極となる磁束を発生させ、コイル46cに電流を流すことによりポールピース43cの表面がN極となる磁束を発生させ、コイル46dに電流を流すことによりポールピース43dの表面がS極となる磁束を発生させることができる。
In the above configuration, a magnetic flux is generated in which the surface of the
ポールピース42、4つの第1ダイス38、第2リング36、第1リング34、コア32は、磁気回路中の磁気抵抗が極めて小さい部分であり、配向磁場はその部分に収束して流れる。第1ダイス38の透磁率は、第2ダイス40の透磁率に比べて遥かに大きい。このために、配向磁場は図6に示すように形成される。図8に示すように、キャビティ35における法線方向の磁場成分Br 、周回接線方向の磁場成分はBθで表される。この時、磁性体の第2リング36が設けられているため、配向磁場の一部は、第2リング36に沿って誘導されて、非磁性体の第2ダイス40の側にも回り込み、この磁束の一部がキャビティ35に漏れる。すなわち、キャビティ35においては、遷移区間Aにおいて周回接線方向の配向磁場Bθが形成されることになる。この結果、異方性希土類磁性体粉末の配向を、磁極の向きが変化する遷移区間においては、磁極の中立点に近づくに連れて徐々に円筒側面の周回接線方向を向き、中立点においては円筒側面の周回接線方向となり、中立点から遠ざかる連れて徐々に円筒側面の法線方向を向く配向分布とした4磁極のボンド磁石を得ることができる。また、配向磁場の絶対値Bは図9の曲線W1で示す特性となる。遷移区間Aにおいて、配向磁場0.5T以上が得られているのが理解される。一方、特許文献2、3で示されているように、第2リング36を非磁性体とした場合には、キャビティ内の磁場の絶対値Bは、図9の曲線W2に示す特性となる。遷移区間Aにおける磁場の絶対値Bが、本願発明の場合に比べて明らかに低下しており、異方性希土類ボンド磁石の配向に必要な0.5Tが得られていないことが理解される。特に、図8に示す測定点R4において、0.5Tが得られている。なお、軸方向の両側から磁場を印加して得られるラジアル配向の場合には、図9の曲線W3に示すように、全域に渡り一定の配向磁場Bが得られていることが理解される。
The
上記の構成において、円弧状の第2ダイス40a、40b、40c、40dの軸11を中心とする角度、およそ22.5度の区間が図1の遷移区間Aに相当する。また、第1ダイス38a、38b、38c、38dの軸11を中心とする角度、およそ67.5度の区間が、図1の区間Bに相当する。このような構成により図1に示すような異方性希土類磁性体粉末の配向を得ることができる。このように配向させたボンド磁石を着磁させれば、図2に示すような法線方向の表面磁束密度分布を得ることができる。
In the above configuration, an angle of about 22.5 degrees, centered on the
異方性希土類ボンド磁石10はプラスチック磁石とも言われ、代表的には、Nd−Fe−B系の磁石粉末を樹脂材料と混合して成形したものである。本出願人により、近年ようやく量産化が可能となったものである。例えば、この異方性希土類ボンド磁石10は、公開番号p2001−7691A、登録番号第2816668号の製造方法で作製される。この異方性希土類ボンド磁石は、最大エネルギー積10MGOe〜28MGOeのものを、現在、製造することができる。
The anisotropic rare earth bonded
その他、異方性希土類ボンド磁石の材料は、Nd−Fe−Bの他、Nd−Fe−B系材料、例えばNdとNdの他の希土類元素を含んだり、その他の添加元素を含んだ材料を用いることができる。更に、Nd以外の希土類元素を含んだ材料、例えば、Sm−Fe−N系材料、SmCo系材料、または、Nd−Fe−B系材料とこれらの混合物質を用いることができる。この磁石は、従来の焼結フェライト磁石と比較して最大エネルギー積(BHmax )が4倍以上となる特徴がある。即ち、標準的な焼結フェライト磁石23の最大エネルギー積(BHmax )3.5MGOe に対して、その約4倍の14MGOe 以上の最大エネルギー積を有する。これはモータトルクを従来と同等とすれば(トルク同一条件)、永久磁石の厚さを例えば約1/4に縮小できる可能性があることを意味する。 In addition, the material of the anisotropic rare earth bonded magnet includes Nd—Fe—B, Nd—Fe—B-based materials, for example, materials containing other rare earth elements of Nd and Nd, and materials containing other additive elements. Can be used. Furthermore, materials containing rare earth elements other than Nd, for example, Sm—Fe—N materials, SmCo materials, Nd—Fe—B materials, and mixtures thereof can be used. This magnet is characterized in that the maximum energy product (BH max ) is four times or more compared to a conventional sintered ferrite magnet. That is, the maximum energy product (BH max ) of the standard sintered ferrite magnet 23 is 3.5 MGOe, which is about four times the maximum energy product of 14 MGOe or more. This means that if the motor torque is equivalent to the conventional one (the same torque condition), the thickness of the permanent magnet may be reduced to about 1/4, for example.
また、磁石粉末の粒径等は公知のものを使用できる。例えば、フェライト系では平均粒径で1μm程度、希土類系では1〜250μm程度である。樹脂は、公知の材料を用いることができる。ナイロン12、ナイロン6等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、PEEK、CPE、ハイパロン、ネオプレン、SBR、NBR等の熱可塑性樹脂、又はエポキシ系、フェノール系等の熱硬化性樹脂を用いることができる。磁性体粉末と合成樹脂の配合比率は公知のものを用いることができる。例えば、40〜90vol%とすることができる。また、可塑剤、滑剤、抗酸化剤、表面処理剤等を目的に応じて使用することができる。
Moreover, a well-known thing can be used for the particle size etc. of magnet powder. For example, the average particle diameter is about 1 μm for ferrite and about 1 to 250 μm for rare earth. A known material can be used for the resin. Polyamide-based synthetic resins such as
製造条件としては、以下の条件を採用することが可能である。実施例では熱硬化性樹脂を使用したが、熱可塑性樹脂でも良い。実施例では圧縮成形を用いたが、他の公知の成形方法を用いることができる。本実施例では、磁場配向と圧縮成形を同時に行うため、磁場中加熱圧縮成形を用いた。まず、成形の条件は、金型温度を120℃、成形圧力を3.0t/cm2 、成形時間を15sec、磁極周期の主たる区間における配向磁場を0.80T、磁極の向きが変化する遷移区間Aにおける配向磁場(図8の測定点R4での値)が0.70Tとした。遷移区間Aにおける配向磁場の測定は、図8に示す位置で行った。キャビティ35の周回方向の中心線をL1とし、第2ダイス40aの中心線L3、第2ダイス40aの角の点R3における法線をL2とする。法線L2と中心線L1との交点をR3とし、法線L3と中心線L1との交点をR1とする。中心線L1上で点R1とR3との中点R4における磁場をホール素子で測定した。なお、中点R4での角度位置は図9の特性では、39.375度の位置、図2の特性では、84.375度の位置に対応する。
The following conditions can be adopted as the manufacturing conditions. In the embodiment, a thermosetting resin is used, but a thermoplastic resin may be used. Although compression molding was used in the examples, other known molding methods can be used. In this example, in order to perform magnetic field orientation and compression molding at the same time, heating compression molding in a magnetic field was used. First, the molding conditions are as follows: mold temperature is 120 ° C., molding pressure is 3.0 t / cm 2 , molding time is 15 sec, orientation magnetic field in the main section of the magnetic pole cycle is 0.80 T, and the transition section in which the direction of the magnetic pole changes The orientation magnetic field in A (value at the measurement point R4 in FIG. 8) was 0.70T. The measurement of the orientation magnetic field in the transition section A was performed at the position shown in FIG. The center line of the
次に、第2リング36の厚さを2mm、飽和磁束密度を1.6T、キャビティ35の幅を1.5mmとして、異方性ボンド磁石を製造した。以下、このボンド磁石をタイプBという。この場合には、図8の点R4における配向磁場は0.8Tであった。
Next, an anisotropic bonded magnet was manufactured by setting the thickness of the
配向の仕方は先に記述した通りである。着磁は次のように行った。着磁ヨークとして、円筒状のボンド磁石の内側に軟磁性コア、外側に軟磁性ヨークを配置した。着磁磁場は、配向磁場と同様に、円筒状のボンド磁石の軸に対して垂直な方向に平行磁場として作用させる。着磁方法は、パルス磁場を用いた。着磁磁場は約4Tである。 The orientation method is as described above. Magnetization was performed as follows. As the magnetized yoke, a soft magnetic core was disposed inside a cylindrical bond magnet, and a soft magnetic yoke was disposed outside. The magnetizing magnetic field acts as a parallel magnetic field in a direction perpendicular to the axis of the cylindrical bonded magnet, like the orientation magnetic field. As a magnetization method, a pulsed magnetic field was used. The magnetizing magnetic field is about 4T.
次に、タイプAのボンド磁石に関して、磁石のBHmax が22MGOeで保磁力が14kOeの異方性希土類ボンド磁石と、BHmax が21MGOeで保磁力が17kOeのセミラジアル配向の異方性希土類ボンド磁石を2種類製造した。 Next, regarding a type A bonded magnet, an anisotropic rare earth bonded magnet with a magnet BH max of 22 MGOe and a coercive force of 14 kOe, and a semi-radially anisotropic anisotropic rare earth bonded magnet with a BH max of 21 MGOe and a coercive force of 17 kOe. Two types were manufactured.
また、比較例として、第2リング36の厚さを4mm、飽和磁束密度を0.30T、キャビティ35の幅を1.5mmとすると、図8の点R4における配向磁場は0.45Tと低下した。つまり、第2リング36が磁性体で構成されていても、第2リング36の厚さを厚くすると、キャビティ35の遷移区間Aにおける磁場は小さいことが理解される。
As a comparative example, when the thickness of the
同様に、第2リング36を非磁性体とした従来例のボンド磁石を製造した。第2リング36に対応する非磁性リングの厚さを2mm、飽和磁束密度を0T、キャビティ35の幅を1.5mmとした場合には図8の点R4における配向磁場は0.48Tであった。第2リング36に対応する非磁性リングの厚さを2mm、飽和磁束密度を0T、キャビティ35の幅を1.5mmとして、軸方向から磁場を印加させるラジアル配向の場合には、図8の点R4における配向磁場は0.80Tであった。上記の配向磁場はトルクを生じる主たる区間Bにおけるキャビティ35の磁場が0.80Tとなるように、印加磁場の大きさを決定した。
Similarly, a conventional bonded magnet using the
上記のタイプAのボンド磁石と、ラジアル配向のボンド磁石とを、それぞれ、励磁磁石としてDCブラシモータを製造した。DCブラシモータの寸法は全て同一にした。それらのモータの出力トルクとコギングトルクを、それぞれ、測定した。ラジアル配向のボンド磁石を用いたDCブラシモータの出力トルクを100%、コギングトルクを100%とした場合に、本実施例のセミラジアル配向を用いたボンド磁石のモータの出力トルクは99.6%、コギングトルクは52.0%であった。 A DC brush motor was manufactured by using the above-mentioned type A bonded magnet and the radially oriented bonded magnet as exciting magnets, respectively. The dimensions of the DC brush motor were all the same. The output torque and cogging torque of these motors were measured. When the output torque of the DC brush motor using the radially oriented bonded magnet is 100% and the cogging torque is 100%, the output torque of the bonded magnet motor using the semi-radial orientation of this embodiment is 99.6%. The cogging torque was 52.0%.
本実施例の配向のボンド磁石を用いたモータにおいては、ラジアル配向の磁石を用いたモータに対して、出力トルクは99.6%と低下させることなく、コギングトルクは52.0%に大幅に低下させることができた。即ち、同一の出力トルクを得て、コギングトルクだけを52.0%に低下させることができた。これにより、高出力トルクの保持とコギングトルクの減少とを両立させるというモータの性能にとって極めて有効な改善である。 In the motor using the bonded magnet of the present embodiment, the cogging torque is greatly reduced to 52.0% without decreasing the output torque to 99.6% compared to the motor using the radially oriented magnet. It was possible to reduce. That is, the same output torque was obtained, and only the cogging torque could be reduced to 52.0%. As a result, this is an extremely effective improvement for the performance of the motor that makes it possible to maintain both high output torque and decrease cogging torque.
作成した本実施例のタイプAに係る4磁極異方性希土類ボンド磁石を用いた4極DCブラシモータの寸法や特性値を、ラジアル配向の従来例と共に表1に示す。磁石の大きさは内径が30mm、外径が33mm、厚さが1.5mm、長さが30mm、バックヨークは内径33mm、外径37mm、厚さ2mm、長さ37mmである。バックヨークの材質はSPCC、アーマチャ材質はケイ素鋼板、コイルの巻き方は、分布巻、定格、電流値は4.6Aである。
また、異方性希土類ボンド磁石10は樹脂成形で製作されるので、精度のよい中空円筒状に形成される。そして、異方性希土類ボンド磁石10は容易に精度よく対称的に着磁される。モータ装置内部で磁場が精度よく対称的に発生される。
Further, since the anisotropic rare earth bonded
又、上記実施例では、機械角にして約3π/8の範囲Bを主としてトルクを発生する機械角区間とし、機械角にして約π/8の範囲Aを磁極が変化する遷移区間としている。しかし、遷移区間は機械角にして約30度の範囲、約15度の範囲等を用いることができる。そしてトルクを主として生じる範囲は残りの機械角区間とする。 In the above embodiment, the mechanical angle range B of about 3π / 8 as a mechanical angle is mainly used as a mechanical angle section for generating torque, and the range A of mechanical angle as about π / 8 is set as a transition section in which the magnetic pole changes. However, the transition section can use a mechanical angle range of about 30 degrees, a range of about 15 degrees, and the like. The range where torque is mainly generated is the remaining mechanical angle section.
本発明の処理装置により製造された異方性希土類ボンド磁石は、DCブラシモータの励磁として用いることができる。この場合には、ステータにもロータにも使用でき、モータの種類としては、DCブラシモータの他、ブラシレスモータ、同期モータ等に使用可能である。 The anisotropic rare earth bonded magnet manufactured by the processing apparatus of this invention can be used as excitation of a DC brush motor. In this case, it can be used for both the stator and the rotor, and the motor can be used for a brushless motor, a synchronous motor, etc. in addition to a DC brush motor.
本発明による配向処理装置を用いて製造された4磁極異方性希土類ボンド磁石は、出力能力を低下させることなく、コギングトルクを減少させたモータに用いることができる。 The four-pole anisotropic rare earth bonded magnet manufactured by using the alignment processing apparatus according to the present invention can be used for a motor with reduced cogging torque without reducing output capability.
10…異方性ボンド磁石
11…軸
12…外周肉厚部
30…金型
32…コア
34…第1リング
35…キャビティ
36…第2リング
38a、38b、38c、38d…第1ダイス
40a、40b、40c、40d…第2ダイス
44a、44b、44c、44d…スペース
46a、46b、46c、46d…コイル
51a、51b…ガイド
54a、54b…インサート
55…キャビティ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記金型の成形空間に設けられた円柱状の磁性体からなるコアと、
該コアの外周部に円筒状に形成され、異方性ボンド磁石原料を充填して成形するための幅0.7mm〜3mmのキャビティと、
該キャビティの外周部に前記コアの中心に向かって配設され、前記キャビティにおいて法線方向に配向磁場を形成する4分割された磁性体から成る第1ダイスと、
前記ボンド磁石の磁極の向きが変化する遷移区間に対応して、隣接する前記第1ダイスの間であって、前記キャビティの外周部に前記コアの中心に向かって配設された非磁性体から成る4分割された第2ダイスと、
4個の前記第1ダイスに磁束を与えるコイルと、
前記キャビティの外周面を構成する薄肉の円筒状の磁性体から成る磁束誘導部材と
から成る配向処理装置。 In an orientation processing apparatus for manufacturing a hollow cylindrical four-pole motor anisotropic bonded magnet formed by molding an anisotropic rare earth magnetic powder with a resin by molding using a mold,
A core made of a cylindrical magnetic body provided in the molding space of the mold;
A cavity having a width of 0.7 mm to 3 mm, which is formed in a cylindrical shape on the outer peripheral portion of the core and filled with an anisotropic bonded magnet raw material,
A first die made of a magnetic material divided into four parts arranged on the outer periphery of the cavity toward the center of the core and forming an orientation magnetic field in the normal direction in the cavity;
Corresponding to the transition section in which the direction of the magnetic pole of the bond magnet changes, between the adjacent first dies, from a non-magnetic material disposed on the outer periphery of the cavity toward the center of the core A quadrant divided second die,
A coil for applying magnetic flux to the four first dies;
An orientation processing apparatus comprising: a magnetic flux guiding member made of a thin cylindrical magnetic body constituting the outer peripheral surface of the cavity.
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