JP4029679B2 - Bond magnet for motor and motor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータに使用される中空円筒状の異方性ボンド磁石及びそのボンド磁石を用いたモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
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場を配向させている。円筒状のボンド磁石の軸に垂直な断面における配向磁場のパターンには、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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
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、電気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、電気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。
【0004】
従来の配向方式を用いたボンド磁石は、上記のように、出力トルクを大きくしようとすると、コギングトルクも必然的に大きくなり、コギングトルクを小さくしようとすると、出力トルクも必然的に小さくなるという問題があった。
【0005】
又、特開平5−144632号公報は、表面磁束密度の軸方向に沿った分布に関して、トルク発生に寄与しない端部では軸方向の中心に向かう磁場配向とすることで、トルクの効率的な発生を図ることを提案している。さらに、同公報には軸方向に垂直な断面における磁場分布において、基本的には法線方向に発生している磁場分布を作用円弧面の中央域に集中配向させることが提案されている。このような磁場分布によって磁場がトルク発生に有効に寄与するようにしている。
【0006】
しかしながら、同公報では、軸に垂直な断面での磁場分布が作用円弧の中心領域において、磁場を中心に収束させているので、コギンドトルクが大きくなるという問題がある。又、同公報に記載された配向方法について磁場分布をシミュレートした結果は、作用円弧面の中央部において中心に向かう配向分布は形成されずに、ほぼ円周の全域に渡って法線方向の磁場分布であった。このように、現実には、作用円弧面の中央部において中心に向かって配向した磁場分布は形成されていないと考えられる。
【0007】
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。
【0008】
【課題を解決するための手段及び発明の作用効果】
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、中空円筒状の異方性希土類ボンド磁石において、異方性希土類ボンド磁石の軸に垂直な断面において、磁極周期の主たる区間においては、磁石表面の磁気ベクトルが法線方向を向くように配向し、法線方向の表面磁束密度の大きさが等しく、磁極の向きが変化する遷移区間においては、磁石表面の磁気ベクトルが電気角の増加に対して漸次反転するように配向し、法線方向の表面磁束密度の絶対値が電気角の増加に対して漸減、漸増させた分布としたことを特徴とするモータ用ボンド磁石である。
又、請求項2の発明は、請求項1に記載のモータ用ボンド磁石を有するモータである。 尚、異方性ボンド磁石としては、異方性希土類ボンド磁石、例えば、Nd−Fe−B系の異方性希土類ボンド磁石を用いると有効である。
【0009】
本発明は、中空円筒状の異方性ボンド磁石の軸に垂直な断面における法線方向の表面磁束密度の分布に特徴がある。即ち、磁極の周期的な変化を電気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電気角区間においては、断面において、磁石表面の磁気ベクトルは法線方向を向いており、磁気ベクトルの法線方向の成分、すなわち、法線方向の表面磁束密度は、大きさが等しい。そして、磁石表面の磁気ベクトルの変化する遷移区間においては、図1(a)に示すように、磁石表面の磁気ベクトルが漸次反転しており、図1(b)に示すように、法線方向の表面磁束密度の絶対値は、電気角の変化に対して滑らかに漸減、漸増している。この結果、トルク発生に主として寄与する電気角区間は、ラジアル配向が得らるために、モータの出力トルクは大きい。一方、磁極が変化する遷移区間では、法線方向の表面磁束密度が、電気角の推移に対して漸減、漸増するように磁化されているので、法線方向の表面磁束密度の急激な変化がなくコギングトルクは小さい。このようにして、モータ特性を向上させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
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。
(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(a)は軸11に垂直な横断面図である。
【0011】
図1は、2極着磁の場合を示している。電気角にして約135度の範囲Bが主としてトルクを発生する電気角区間である。また、電気角にして約45度の範囲Aが磁極が変化する遷移区間である。電気角区間Bにおいては、大略外周肉厚部12の法線方向の表面磁束密度は大きさが等しい。また、電気角区間Aにおいては、図示するように電気角の推移に伴って表面の磁気ベクトルは滑らかに反転する。電気角2π(1周期)における法線方向の表面磁束密度の変化特性は図1(b)に示す特性となっている。図1(b)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、区間Aにおいては法線方向の表面磁束密度は電気角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。
【0012】
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。
【0013】
一方、比較例として、ラジアル配向、アキシャ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に示すように、ラジアル配向、アキシャル配向させたボンド磁石の法線方向の表面磁束密度は、それぞれ、図示するように変化している。即ち、ラジアル配向させたボンド磁石では、ほぼ全電気角の範囲において法線方向の表面磁束密度はほぼ一定値をとり、磁極の変化点で法線方向の磁束密度は急変している。他方、アキシャル配向させたボンド磁石では、法線方向の表面磁束密度は電気角の1周期に渡りほぼ正弦波的に変化している。また、本実施例のように配向させたボンド磁石の法線方向の表面磁束密度の分布も合わせて図3に示されている。
【0014】
そして、これらのボンド磁石を励磁磁石として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%として、アキシャル配向のボンド磁石を用いたモータと、本実施例の配向を用いたボンド磁石のモータの出力トルク、コギングトルクの測定値を図3に示す。
【0015】
アキシャル配向のボンド磁石を用いたモータのコギングトルクは0.5%と大きく低下しているが、出力トルクも65%と大幅に低下した。それに比べて、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、出力トルクは95%とほとんど低下させることなく、コギングトルクは30%に大幅に低下させることができた。即ち、わずか5%の出力トルクの低下だけで、コギングトルクを70%も低下させることができた。これは、モータの性能にとって極めて有効な改善である。
【0016】
次に、上記のボンド磁石の配向形成方法を圧縮成形した実施例に基づいて説明する。図4(a)が装置の平面断面図、図4(b)が装置の縦断面図である。図5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。金型30のキャビティ35の外側には円筒状のニブ33が設けられ、そのニブ33のさらに外側には、断面が円弧状で軸方向に伸びた柱状の軟磁性体から成るガイド31a、31bが設置されている。ガイド31a、31bが存在しない位置には非磁性体から成るインサート34a、34bが設けられている。そして、ニブ33の内壁に対してキャビティ35を形成して軟磁性体から成るコア32が、ニブ33を貫通して配設されている。コア32の外壁とニブ33の内壁との間に形成された円筒状のキャビティ35に、主に、磁石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。金型30の両側にはポールピース41a、41bが配設されており、それらのポールピース41a、41bを内包するように磁場発生用コイル42a、42bが配設されている。金型30、ニブ33、インサート34a、34bはステンレス等の非磁性体から成る。
【0017】
上記の構成において、コイル42a、42bに直流電流を通電することで、ポールピース41aとポールピース41b間にコア32の軸に垂直に平行な配向磁場が形成される。ポールピース41a、ポールピース41b、ガイド31a、31b、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。ガイド31a、31bの透磁率は金型30、ニブ33、インサート34a、34bの透磁率に比べて遥かに大きい。このために、図2から明らかなように、ポールピース41a、41bから出力される平行な配向磁場は、ガイド31a、31bに収束して、ガイド31a、31bの壁面に垂直な方向にコア32に向かって案内される。ガイド31a、31bの存在しないところは、透磁率の低いインサート34a、34bと金型30であるので、この部分のコア32の外周面に垂直に向かう配向磁場は、高透磁率ガイドがないために、ほとんど弱まる。その時、一方のガイドのコアに対面する端部付近からもう一方のガイドのコアに対面する端部付近への配向磁場の存在に加え、コアが高透磁率であるため、磁気抵抗が小さく配向磁場はコアの近傍を通る。これにより、磁石の磁極の向きが変化する遷移区間に相当するキャビティ35には配向磁場を接線方向に漸次反転させることになる。
【0018】
上記の構成において、円弧状のガイド31a、31bの軸11を中心とする角度、およそ135度の区間が図1の区間Bに相当する。また、ガイド31a、31bの存在しない角度、およそ45度の区間が図1の遷移区間Aに相当する。このような構成により図1及び図3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。キャビティ35の磁束分布に関しては、遷移区間Aにおいては配向磁場が回転することで、図1(b)に示すように電気角の推移に対して、法線方向の表面磁束密度の絶対値が滑らかに漸減、漸増する特性となる。一方、区間Bにおいては、表面磁束密度は絶対値が一定の法線方向だけとなり、区間Bにおいてほぼ一定の表面磁束密度とすることができる。このような構成によって、図1(b)に示すような法線方向の表面磁束密度となる。
【0019】
上記の例は2極配向させたボンド磁石の例であるが、4極配向させる場合には、図6、図7のような装置により製造することができる。即ち、金型30のキャビティの中に軟磁性でできたリング51を設けて、そのリング51の内側とニブ33との間に非磁性材料から成るインサート52a、52b、52c、52dにより、4分割された永久磁石50a、50b、50c、50dを設けている。これらのインサートは、永久磁石間の磁気的短絡を避けるためである。この配置により上述したのと同様に4極配向の場合に磁極が変化する遷移領域において法線方向の表面磁束密度を付与して、法線方向の表面磁束密度の絶対値が電気角の推移に対して滑らかに漸減、漸増させる特性とすることができる。このような構成により、1つの金型で多数個のボンド磁石を製造することができる。
【0020】
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、登録番号第3060104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。
【0021】
その他、磁石粉末としては、フェライト系、サマリウム−コバルト系、サマリウム−鉄−窒素系等の材料を用いることができる。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1〜100μm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体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。磁石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。
【0022】
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、予成形の条件は、金型温度を120℃、成形圧力を2.5t/cm2 、成形時間を15sec、配向磁場を2Tとした。配向の仕方は先に記述した通りである。本成形の条件は、金型温度を150℃、成形圧力を8.0t/cm2 、成形時間を10secとした。着磁は次のように行った。着磁ヨークとして、図4と同様に円筒状のボンド磁石の内側に軟磁性コアを配置した。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。
【0023】
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。
【0024】
上記実施例は、本発明の実施形態の1例であり他に様々な変形例が考えられる。例えば、上記実施例では異方性希土類ボンド磁石10を2極着磁としたが、2極より多くてもよい。例えば、4極、6極、8極でもよい。磁極数を多くすれば、それだけ磁路長も短くなるので、アーマチャコイルの横切る磁束が増加する。
【0025】
又、上記実施例では、2極着磁の場合に、電気角にして約135度の範囲Bを主としてトルクを発生する電気角区間とし、電気角にして約45度の範囲Aを磁極が変化する遷移区間としている。しかし、遷移区間は約50度の範囲、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電気角区間とする。又、4極配置の場合には、遷移区間は上記の1/2が、6極配置の場合には上記の1/3が、8極配置の場合には上記の1/4が用いられる。
【0026】
本発明のボンド磁石は、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)図は、本発明の具体的な実施の形態に係るボンド磁石の表面磁束密度の分布を示した横断面図、(b)図は電気角に対する法線方向の表面磁束密度の変化特性を示した特性図。
【図2】実施の形態に係るボンド磁石の製造時の配向磁場分布を示した断面図及び詳細図。
【図3】本発明の実施の形態に係るボンド磁石の配向磁場分布と着磁された磁石表面の磁気ベクトル分布と磁石表面の法線方向の表面磁束密度分布特性を、従来例のラジアル配向とアキシャル配向のものと比較して説明した説明図。
【図4】(a)図は本発明の実施の形態に係るボンド磁石の配向処理装置の横断面図、(b)図は同配向処理装置の横断面図。
【図5】同配向処理装置の金型内の詳細な構成を示した横断面図。
【図6】(a)図は他の実施の形態にかかる4極配向のボンド磁石の配向処理装置の横断面図、(b)図は同配向処理装置の縦断面図。
【図7】その実施例の形態にかかる配向処理装置の金型の詳細な構成を示した横断面図。
【符号の説明】
10…異方性ボンド磁石
11…軸
12…外周肉厚部
30…金型
31a,31b…ガイド
32…コア
33…ニブ
34a,34b…インサート
35…キャビティ
41a,41b…ポールピース
42a,42b…磁気発生用コイル
50a,50b,50c,50d…永久磁石
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hollow cylindrical anisotropic bonded magnet used for a motor and a motor using the bonded magnet.
[0002]
[Prior art]
An anisotropic bonded magnet formed into a hollow cylindrical shape is known as a permanent magnet for a motor. The bond magnet is shaped in a state where a predetermined magnetic field distribution is generated, thereby orienting the magnetic field. The orientation magnetic field pattern in the cross section perpendicular to the axis of the cylindrical bonded magnet mainly includes axial orientation, radial orientation, and 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.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
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 electrical 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 electrical angle.
[0004]
As described above, the bond magnet using the conventional orientation method inevitably increases the cogging torque when the output torque is increased, and the output torque inevitably decreases when the cogging torque is decreased. There was a problem.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-144632 discloses an efficient generation of torque with respect to the distribution of the surface magnetic flux density along the axial direction by setting the magnetic field orientation toward the center in the axial direction at the end that does not contribute to torque generation. It is proposed to plan. Further, the publication proposes that the magnetic field distribution generated in the normal direction in the magnetic field distribution in the cross section perpendicular to the axial direction is basically oriented in the central region of the working arc surface. With such a magnetic field distribution, the magnetic field effectively contributes to torque generation.
[0006]
However, this publication has a problem that the cogging torque increases because the magnetic field distribution in a cross section perpendicular to the axis converges around the magnetic field in the central region of the working arc. In addition, as a result of simulating the magnetic field distribution for the orientation method described in the publication, the orientation distribution toward the center is not formed in the central portion of the working circular arc surface, and the normal direction is distributed over almost the entire circumference. Magnetic field distribution. Thus, in reality, it is considered that the magnetic field distribution oriented toward the center is not formed in the central portion of the working arc surface.
[0007]
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.
[0008]
[Means for solving the problems and operational effects of the invention]
The structure of the invention according to claim 1 for solving the above problems is the hollow cylindrical anisotropic rare earth bonded magnet, in a cross section perpendicular to the axis of the anisotropic rare earth bonded magnet, the main section of the magnetic pole cycle In the transition section where the magnetic vector on the magnet surface is oriented so as to face the normal direction, the surface magnetic flux density in the normal direction is equal, and the magnetic pole direction changes , the magnetic vector on the magnet surface is A bond magnet for motors characterized by being oriented so that it gradually inverts with increasing angle, and the distribution of the absolute value of the surface magnetic flux density in the normal direction gradually decreasing and gradually increasing with increasing electrical angle. is there.
A second aspect of the present invention is a motor having the bonded magnet for a motor according to the first aspect. As the anisotropic bonded magnet, it is effective to use an anisotropic rare earth bonded magnet, for example, an Nd—Fe—B based anisotropic rare earth bonded magnet.
[0009]
The present invention is characterized by the distribution of the surface magnetic flux density in the normal direction in the cross section perpendicular to the axis of the hollow cylindrical anisotropic bonded magnet. That is, when the periodic change of the magnetic pole is expressed as an electrical angle as a variable, in the electrical angle section that mainly contributes to the generation of torque, the magnetic vector on the magnet surface is in the normal direction in the cross section, and the magnetic vector The components in the normal direction, that is, the surface magnetic flux density in the normal direction are equal in magnitude. In the transition section in which the magnetic vector on the magnet surface changes, the magnetic vector on the magnet surface is gradually reversed as shown in FIG. 1A, and the normal direction is obtained as shown in FIG. The absolute value of the surface magnetic flux density gradually decreases and gradually increases as the electrical angle changes. As a result, in the electrical angle section that mainly contributes to torque generation, radial orientation is obtained, and therefore the output torque of the motor is large. On the other hand, in the transition section where the magnetic pole changes, the surface magnetic flux density in the normal direction is magnetized so as to gradually decrease and increase with respect to the transition of the electrical angle, so there is a sudden change in the surface magnetic flux density in the normal direction. There is no cogging torque. In this way, the motor characteristics can be improved.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
(First embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of a bonded magnet according to a specific embodiment of the present invention. As an example, the bond magnet 10 is an Nd-Fe-B anisotropic rare earth bond magnet. The bond magnet 10 has a hollow cylindrical shape having an outer peripheral thick portion 12 around the shaft 11. FIG. 1A is a cross-sectional view perpendicular to the shaft 11.
[0011]
FIG. 1 shows the case of dipole magnetization. A range B of about 135 degrees in electrical angle is an electrical angle section in which torque is mainly generated. Further, a range A of about 45 degrees in electrical angle is a transition section in which the magnetic pole changes. In the electrical angle section B, the surface magnetic flux density in the normal direction of the outer peripheral thick portion 12 is approximately equal in magnitude. In the electrical angle section A, the magnetic vector on the surface is smoothly reversed as the electrical angle changes as shown in the figure. The change characteristic of the surface magnetic flux density in the normal direction at an electrical angle of 2π (one cycle) is the characteristic shown in FIG. As shown in FIG. 1B, in the section B, the surface magnetic flux density in the normal direction is substantially constant, and in the section A, the surface magnetic flux density in the normal direction increases as the electrical angle θ increases. The absolute value gradually decreases and increases smoothly.
[0012]
The distribution of the surface magnetic flux density in the normal direction in the longitudinal sectional view parallel to the axis 11 of the bond magnet 10 is made uniform along the direction of the axis 11. However, it is not necessary to uniformly magnetize along the direction of the axis 11.
[0013]
On the other hand, as a comparative example, a bonded magnet having a radial orientation and an axial orientation was manufactured. The dimensions are the same as those of the bonded magnet of the above embodiment. As shown in FIG. 3, the surface magnetic flux density in the normal direction of the radially oriented and axially oriented bonded magnets changes as shown in the figure. That is, in a radially oriented bonded magnet, the surface magnetic flux density in the normal direction takes a substantially constant value in the range of almost all electrical angles, and the magnetic flux density in the normal direction changes suddenly at the change point of the magnetic pole. On the other hand, in the axially oriented bonded magnet, the surface magnetic flux density in the normal direction changes almost sinusoidally over one period of the electrical angle. Further, the distribution of the surface magnetic flux density in the normal direction of the bonded magnet oriented as in this embodiment is also shown in FIG.
[0014]
Then, a DC brush motor was manufactured using these bonded magnets as exciting magnets. The dimensions of the DC brush motor were all the same. The output torque and cogging torque of these motors were measured. The output of a DC brush motor using a radially oriented bonded magnet is 100%, the cogging torque is 100%, a motor using an axially oriented bonded magnet, and a motor of a bonded magnet using the orientation of this embodiment. The measured values of torque and cogging torque are shown in FIG.
[0015]
The cogging torque of the motor using the axially oriented bonded magnet is greatly reduced to 0.5%, but the output torque is also greatly reduced to 65%. In contrast, in the motor using the oriented bonded magnet of this example, the output torque was hardly reduced to 95%, and the cogging torque could be greatly reduced to 30%. In other words, the cogging torque could be reduced by 70% with only a 5% decrease in output torque. This is a very effective improvement for motor performance.
[0016]
Next, the orientation forming method for the bonded magnet will be described based on an example in which compression molding is performed. 4A is a plan sectional view of the device, and FIG. 4B is a longitudinal sectional view of the device. FIG. 5 is a detailed cross-sectional view of a portion including the cavity 35 of the mold 30. A cylindrical nib 33 is provided outside the cavity 35 of the mold 30, and guides 31 a and 31 b made of a columnar soft magnetic body having an arcuate cross section and extending in the axial direction are provided outside the nib 33. is set up. Inserts 34a and 34b made of a non-magnetic material are provided at positions where the guides 31a and 31b do not exist. A core 32 made of a soft magnetic material with a cavity 35 formed in the inner wall of the nib 33 is disposed through the nib 33. A bonded magnet material mainly composed of magnet powder and resin powder is supplied to a cylindrical cavity 35 formed between the outer wall of the core 32 and the inner wall of the nib 33. Pole pieces 41a and 41b are disposed on both sides of the mold 30, and magnetic field generating coils 42a and 42b are disposed so as to enclose the pole pieces 41a and 41b. The mold 30, the nib 33, and the inserts 34a and 34b are made of a nonmagnetic material such as stainless steel.
[0017]
In the above configuration, by applying a direct current to the coils 42a and 42b, an alignment magnetic field perpendicular to the axis of the core 32 is formed between the pole piece 41a and the pole piece 41b. The pole piece 41a, the pole piece 41b, the guides 31a and 31b, and the core 32 are portions in which the magnetic resistance in the magnetic circuit is extremely small, and the orientation magnetic field converges on the portions and flows. The magnetic permeability of the guides 31a and 31b is much larger than the magnetic permeability of the mold 30, the nib 33, and the inserts 34a and 34b. Therefore, as is clear from FIG. 2, the parallel orientation magnetic fields output from the pole pieces 41a and 41b converge on the guides 31a and 31b, and are applied to the core 32 in the direction perpendicular to the wall surfaces of the guides 31a and 31b. You will be guided towards. Since the guides 31a and 31b are not present in the low-permeability inserts 34a and 34b and the mold 30, the orientation magnetic field perpendicular to the outer peripheral surface of the core 32 in this portion is not provided with the high-permeability guide. , Almost weaken. At that time, in addition to the presence of the orientation magnetic field from the vicinity of the end facing the core of one guide to the vicinity of the end facing the core of the other guide, the core has a high permeability, so the magnetic resistance is small and the orientation magnetic field Passes near the core. Thereby, the orientation magnetic field is gradually reversed in the tangential direction in the cavity 35 corresponding to the transition section in which the direction of the magnetic pole of the magnet changes.
[0018]
In the above configuration, a section having an angle of about 135 degrees centered on the axis 11 of the arc-shaped guides 31a and 31b corresponds to the section B in FIG. Further, an angle where the guides 31a and 31b do not exist, that is, a section of about 45 degrees corresponds to the transition section A in FIG. With such a configuration, a surface magnetic flux density distribution in the normal direction as shown in FIGS. 1 and 3 can be obtained. Regarding the magnetic flux distribution of the cavity 35, the orientation magnetic field rotates in the transition section A, so that the absolute value of the surface magnetic flux density in the normal direction is smooth with respect to the transition of the electrical angle as shown in FIG. The characteristic gradually decreases and gradually increases. On the other hand, in the section B, the surface magnetic flux density is only in the normal direction where the absolute value is constant, and in the section B, the surface magnetic flux density can be made almost constant. With such a configuration, the surface magnetic flux density in the normal direction as shown in FIG.
[0019]
The above example is an example of a bond magnet that is dipolarly oriented, but when it is quadrupolarly oriented, it can be manufactured by an apparatus as shown in FIGS. That is, a ring 51 made of soft magnetism is provided in the cavity of the mold 30 and divided into four by inserts 52a, 52b, 52c and 52d made of a nonmagnetic material between the inside of the ring 51 and the nib 33. Permanent magnets 50a, 50b, 50c, and 50d are provided. These inserts are to avoid magnetic shorts between permanent magnets. Similar to the above, this arrangement gives a normal surface magnetic flux density in the transition region where the magnetic pole changes in the case of the quadrupole orientation, and the absolute value of the normal surface magnetic flux density becomes the transition of the electrical angle. On the other hand, it can be a characteristic of gradually decreasing and gradually increasing. With such a configuration, a large number of bonded magnets can be manufactured with one mold.
[0020]
The anisotropic rare earth bonded magnet 10 is also called a plastic magnet, and is typically formed by mixing Nd—Fe—B based magnet powder with a resin material. Mass production is finally possible in recent years by the present applicant. For example, this anisotropic rare earth bonded magnet 10 is manufactured by the manufacturing method of publication number p2001-7691A, registration number 2816668, registration number 3060104. This anisotropic rare earth bonded magnet can now be manufactured with a maximum energy product of 10 MGOe to 28 MGOe.
[0021]
In addition, materials such as ferrite, samarium-cobalt, and samarium-iron-nitrogen can be used as the magnet powder. 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 100 μm for rare earth. A known material can be used for the resin. Polyamide-based synthetic resins such as nylon 12 and nylon 6, polyvinyl chloride, vinyl acetate copolymers thereof, vinyl-based synthetic resins such as MMA, PS, PPS, PE, and PP, or urethane, silicone Further, thermoplastic resins such as polycarbonate, PBT, PET, PEEK, CPE, hypalon, neoprene, SBR, and NBR, or thermosetting resins such as epoxy and phenol can be used. As the blending ratio of the magnet powder and the synthetic resin, known ones can be used. For example, it can be 40-90 vol%. In addition, plasticizers, lubricants, antioxidants, surface treatment agents and the like can be used depending on the purpose.
[0022]
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 pre-molding conditions were a mold temperature of 120 ° C., a molding pressure of 2.5 t / cm 2 , a molding time of 15 sec, and an orientation magnetic field of 2T. The orientation method is as described above. The main molding conditions were a mold temperature of 150 ° C., a molding pressure of 8.0 t / cm 2 , and a molding time of 10 sec. Magnetization was performed as follows. As a magnetized yoke, a soft magnetic core was arranged inside a cylindrical bonded magnet as in FIG. 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.
[0023]
Further, since the anisotropic rare earth bonded magnet 10 is manufactured by resin molding, it is formed into a precise hollow cylindrical shape. The anisotropic rare-earth bonded magnet 10 is easily magnetized symmetrically with high accuracy. Magnetic fields are generated accurately and symmetrically within the motor device.
[0024]
The above-described example is an example of an embodiment of the present invention, and various other modifications can be considered. For example, in the above embodiment, the anisotropic rare earth bonded magnet 10 is two-pole magnetized, but it may be more than two poles. For example, four poles, six poles, and eight poles may be used. If the number of magnetic poles is increased, the magnetic path length is shortened accordingly, so that the magnetic flux traversed by the armature coil increases.
[0025]
In the above embodiment, in the case of dipole magnetization, a range B of about 135 degrees in electrical angle is mainly set as an electrical angle section for generating torque, and a magnetic pole changes in range A of about 45 degrees in electrical angle. It is set as a transition section. However, the transition interval may be in the range of about 50 degrees, the range of about 30 degrees, the range of about 15 degrees, or the like. The range where torque is mainly generated is the remaining electrical angle section. Further, in the case of the 4-pole arrangement, the above-mentioned transition interval is ½, in the case of the 6-pole arrangement, the 3 is used, and in the case of the 8-pole arrangement, the ¼ is used.
[0026]
The bonded magnet of the present invention can be used for 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.
[Brief description of the drawings]
1A is a cross-sectional view showing a distribution of surface magnetic flux density of a bonded magnet according to a specific embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a surface magnetic flux in a direction normal to an electrical angle. The characteristic view which showed the change characteristic of the density.
FIGS. 2A and 2B are a cross-sectional view and a detailed view showing an orientation magnetic field distribution during manufacture of the bonded magnet according to the embodiment.
FIG. 3 shows the orientation magnetic field distribution of the bonded magnet according to the embodiment of the present invention, the magnetic vector distribution of the magnetized magnet surface, and the surface magnetic flux density distribution characteristics in the normal direction of the magnet surface; Explanatory drawing demonstrated compared with the thing of axial orientation.
4A is a cross-sectional view of a bonded magnet orientation processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the orientation processing apparatus.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a detailed configuration in a mold of the orientation processing apparatus.
6A is a transverse cross-sectional view of a quadrupole-oriented bonded magnet orientation processing apparatus according to another embodiment, and FIG. 6B is a longitudinal cross-sectional view of the orientation processing apparatus.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of a mold of an orientation processing apparatus according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Anisotropic bonded magnet 11 ... Shaft 12 ... Thick part 30 of outer periphery ... Mold 31a, 31b ... Guide 32 ... Core 33 ... Nib 34a, 34b ... Insert 35 ... Cavity 41a, 41b ... Pole piece 42a, 42b ... Magnetic Generating coils 50a, 50b, 50c, 50d ... Permanent magnets

Claims (2)

中空円筒状の異方性希土類ボンド磁石において、
前記異方性希土類ボンド磁石の軸に垂直な断面において、磁極周期の主たる区間においては、磁石表面の磁気ベクトルが法線方向を向くように配向し、法線方向の表面磁束密度の大きさが等しく、磁極の向きが変化する遷移区間においては、磁石表面の磁気ベクトルが電気角の増加に対して漸次反転するように配向し、法線方向の表面磁束密度の絶対値が電気角の増加に対して漸減、漸増させた分布としたことを特徴とするモータ用ボンド磁石。
In hollow cylindrical anisotropic rare earth bonded magnet,
In a cross section perpendicular to the axis of the anisotropic rare earth bonded magnet, in the main section of the magnetic pole period, the magnetic vector of the magnet surface is aligned so that the normal direction, the normal direction of the surface magnetic flux density magnitude In the transition zone where the magnetic pole direction changes , the magnetic vector on the magnet surface is oriented so that it gradually reverses with increasing electrical angle, and the absolute value of the surface magnetic flux density in the normal direction increases with increasing electrical angle. The bond magnet for motors is characterized in that the distribution is gradually reduced and gradually increased.
請求項1に記載のモータ用ボンド磁石を有するモータ。A motor having the bonded magnet for a motor according to claim 1.
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