JP4796788B2 - コアレスモータ - Google Patents
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Description
図1は、本発明の中空軸となる永久磁石モータの断面図を示す。この例は回転子磁極数10,固定子コイル数12の3相ブラシレスモータである。固定子側は、固定子ヨークを高密度な圧粉磁心とし、径方向に極めて薄いコイル成形体で固定子側を構成している。この固定子に圧粉磁心を用いる理由としては、このモータが多極であり、回転磁界によって発生する渦電流を小さくするために必須となっているためである。回転子側は、粉末材料を成形して構成し、その成形体は結合材および磁石粉末を主とするボンド磁石部と、結合材および軟磁性粉末を主とする軟磁性部とを有し、圧縮成形手段を用いて形成された永久磁石型のロータであって、前記ボンド磁石部は磁極の少なくとも1面が前記軟磁性部に機械的に結合されていることを特徴とするロータ構造とすることで課題を解決しようとするものである。また、そのボンド磁石はセグメント毎に仮成形によって製作されるもので、仮成形時に異方性を付与し、その異方性を複数極を有するロータとして本成形により成形してロータを得た後に、着磁磁界によって着磁される構造のモータ用ロータとなることを特徴とする。
mmとした。0.4mm の空隙寸法は、2色成形することによるシャフトからの磁石表面寸法公差を考慮しても充分達成可能な空隙寸法である。磁石の残留磁束密度はBr=0.88Tとし、図示する方向の異方性を設けた2色成形で製作するものとした。(b)図には、従来のスロット型コア付モータを示す。固定子の内径寸法は、34.8mm 、回転子外径を34mmとし、空隙寸法は0.4mm と(a)の構造のものと同じとした。磁石の残留磁束密度はBr=1.2T であり、焼結のリング磁石で厚さ3mmを採用した。小径のリング磁石の場合、内径側に0.1mm 程度の接着領域を設け、粘性の高い接着剤にて接着することにより充分な接着強度を得られるため、よほど過酷な温度条件で用いないかぎりギャップは0.4mm で構わない為、本発明のギャップ寸法と同程度に設定した。この構造は従来モータとして多い構造であるが、中空軸とならない。(c)図には、コアレス方式で焼結希土類ラジアルリング磁石を用いる場合の構造を示す。この場合には、トルク伝達径が大きくなっているため、磁石の厚みを4mmまで大きくした。磁石の厚みを大きくすることで、磁束量増加,機械的強度は増すが、磁石の成形時に精度の良いラジアル配向を得ることが困難となるため、残留磁束密度を1.05T と設定した。また、ラジアル異方性を有する場合、径方向と周方向に著しく熱膨張係数が異なる為、径の大きい本構造では磁石の強度確保が必須となる。このため、磁石の組立時の内径側の接着領域3と磁石の表面のガラス,炭素繊維入りのバインドテープ、またはステンレスなどの薄い非磁性体による表面保護領域が必要となる。このため、磁気回路的に見た空隙寸法は(a)の構造に比べて大きくなり、固定子内径を同一の58mmとした場合の回転子外径は、56mmとせざるを得ないことになる。
次に第2の実施例を説明する。本発明の中空軸永久磁石モータの圧粉磁心と磁石は、成形密度が高く、かつ、絶縁性に優れているほどモータとしての特性が向上する。成形密度を向上するためにはプレス成形する圧力を高くする必要があるが、圧力が高すぎると磁性粉表面の絶縁皮膜が破壊され、渦電流損が増加する。絶縁性保護の為に絶縁皮膜を厚めに設定すると磁石のエネルギー積の低下や、密度不足による透磁率低下となり、モータ特性が著しく低下してしまう。この相反する特性を同時に満足する為に磁性粉の皮膜を強化する方法が考えられる。
NdF3 厚さは、NdF3 粉末形成条件や加熱圧縮成形条件及びNdFeB粉末形状などにより異なる。NdF3厚さを変えるために、NdF3粉末作製時のロール回転数を500から5000rpm に変えて作製し、粉砕した粉をさらにメッシュなどにより分級している。回転数が高く圧縮成形圧力が大きい方がNdF3厚さを薄くすることができる。NdF3が0.01μm から厚くなるとBr(残留磁束密度),iHc(保磁力)及びBhmax(エネルギー積)の値が増加する傾向にある。NdF3厚さが0.1から10μmの範囲でiHcが顕著に増加し、Brも増加している。NdF3 が界面に存在することにより保磁力が増加するが、厚くなると減少するのはNdF3 が常磁性体のため、粒子間の強磁性結合が弱くなるためと推定される。Brが増加するのは、低磁界での磁束密度が増加しているためである。NdF3 厚さが1.0μm となった磁石の保磁力の温度依存性を大気中加熱で測定した結果、保磁力の温度係数はNdF3 無添加磁石の場合5.0%/℃ である。NdF3厚さを厚くすることにより保磁力の温度係数が小さくなる。その効果はNdF3厚さが0.1mmから10μmであり、保磁力の温度係数は最小で3.4%/℃になる。これは、NdF3 が主相の酸化を防止していること、高保磁力化による磁区安定化に関係していると推定される。フッ化物の主相に対する平均被覆率が約50%の結果は、NdF3 厚さが0.1 −10μmの時、被覆率が変化した場合は被覆率依存性を示す。被覆率は、フッ化物粉末の混合状態,フッ化物粉末の粒度,NdFeB粉末の粒度,NdFeB粉末の形状,配向磁界,配向時の圧力,加熱条件などのパラメータ及び条件が関係する。被覆率が増加すると、保磁力は増加する傾向にある。
次に本発明の中空軸モータを利用したシステムについて説明する。図9には、本発明の中空軸モータを利用することで効果の期待できるシステムの例を示す。図9(a)は自動車用のステアリング装置をモデル化して示した図を示す。自動車用のパワーステアリング装置は、従来は油圧駆動であったが、モータの高性能化が進み、電動で駆動するシステムも出始めてきている。このステアリング装置を駆動するモータは、人がハンドル操作をするとそれをアシストするように回転し、駆動力を発生してタイヤの向きを変える役割を果たす。しかし、モータのハンドル操作によって、モータが回されるときの重みを除去する為に、モータ自体のロストルクを小さくしておく必要がある。このため、コアを有しないモータはコアのヒステリシス損失を無くすることができるため、その目的を達成することができる。また、一定出力領域での効率が珪素鋼板を用いる場合よりも高くできる為、自動車のようなバッテリーから電力を供給され、燃費を考慮しなければならない用途に最適なシステムといえる。また、コアを必要としないため、巻線の占積率も向上でき、モータの体格(体積)も小さく出来る。また、(b)図に示すように、中空部分を利用して遊星ギア43や、(c)図に示すようなボールネジ機構44などの機構部品を内部に配置可能なため、自動車の限られた車載スペースへの実装も容易になる。
Claims (2)
- 固定子と回転子とシャフトを有するコアレスモータにおいて、
前記回転子は、圧粉磁心により構成された回転子バックヨーク部と粉末材料から成るボンド磁石部とを有し、
前記ボンド磁石部は、1極あたりが複数のセグメントに分割されており、
前記ボンド磁石部、前記回転子バックヨーク部及び前記シャフトは、セグメント毎に仮成形時に異方性が付与され、1極を構成する複数のセグメントの磁化配向方向が一点集中型の磁場配向となるように周方向に並べて配置された磁石仮成形体と、前記磁石仮成形体の内側に配置した前記シャフトと、前記磁石仮成形体と前記シャフトとの間に配置された圧粉磁心材料粉とを、同一の金型内において軸方向に圧縮方向圧力を加えることにより一体成形され、
前記ボンド磁石部を前記圧粉磁心材料粉で形成される前記回転子バックヨーク部の表面上に構成したことを特徴とするコアレスモータ。 - 請求項1記載のコアレスモータにおいて、
前記ボンド磁石の磁石粉の絶縁コーティングとしてR−Fe−B(Rは希土類元素)系磁石において主相であるNd2Fe14Bの粒界あるいは粉末表面の一部または全面に層状のフッ素を含んだ層が形成され、前記層がアルカリ土類あるいは希土類元素からなるフッ素化合物を含み、前記粒界形成したフッ素化合物の厚さが10μm以下であることを特徴とする高保磁力希土類磁石を圧粉磁心とともに一体成形することを特徴としたコアレスモータ。
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