JP4890620B2

JP4890620B2 - 金型、磁場成形機及び永久磁石の製造方法

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Publication number: JP4890620B2
Application number: JP2010009302A
Authority: JP
Inventors: 浩二宮田; 孝治佐藤; 貴弘橋本
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2010154744A

Description

本発明は、サーボモータ、ＤＣブラシレスモータ、発電機等の同期式の永久磁石回転機、永久磁石、永久磁石磁場成形機に関する。

永久磁石回転機は、効率が高く制御性が良いことから、サーボモータを始めとする制御用モータに用いられている。永久磁石回転機に従来から用いられている容易磁化方向が平行なＣ形磁石の製造方法について説明する。
異方性焼結磁石としては、Ｂａフェライト系、Ｓｒフェライト系などのフェライト磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系などの希土類磁石が広く使用されているが、近年高性能磁石として希土類磁石の使用が急激に伸びている。これら異方性焼結磁石は、磁性を担っている各結晶粒の容易磁化方向をある一定の方向に揃えたものであり、そのため、結晶粒の容易磁化方向がばらばらの方向を向いている等方性磁石に比較して、その容易磁化方向に着磁されたときに残留磁束密度の値が大きく、したがって、最大エネルギー積を大きくすることができる。また、焼結磁石であるため、樹脂などで結合されたボンド磁石と比較して、非磁性物質の存在量が少ないため、残留磁束密度の値が大きくなり、最大エネルギー積を大きくできる。したがって、異方性焼結磁石が、同じ材料を用いた磁石の中で、一番大きな最大エネルギー積を得ることができるため、永久磁石材料として広く利用されている。

異方性焼結磁石は、磁性結晶粒の容易磁化方向をある一定の方向に揃えるために、その材料を、それぞれの粉砕粉が単結晶になるまで粉砕し、その粉砕粉に外部磁場を印加することにより磁石粉の磁化容易軸を外部磁場の方向と平行な方向に揃え、圧力をかけて圧縮し成形する。その後、成形された磁石粉は、所定の条件で焼結され、異方性焼結磁石を製造する。材料によっては、焼結後、熱処理を要する場合もある。例えば、Ｓｍ_２Ｃｏ_１７系磁石では、焼結後、溶体化処理を行い、さらに時効処理を行う。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石では、焼結後、５００℃近傍で熱処理を行うことにより磁石を製造している。

成形工程で使用される磁場プレス機は、通常、ダイス、上パンチ、下パンチおよび磁場発生手段からなる。ダイス、上パンチおよび下パンチで構成されるキャビティ内に磁石粉を供給し、磁場発生手段により配向磁場を印加することにより磁石粉の容易磁化方向を一方向に揃え、上パンチ、下パンチにより圧力を伝達し、キャビティ内の磁石粉を成形する。成形は電磁石などで静磁場を印加し、その静磁場を印加したまま行われるのが一般的である。キャビティ内に充填された磁石粉に配向磁場をかける方向には、上下パンチによる圧力印加の方向と平行方向に磁場をかける縦磁場成形と、垂直方向に磁場を印加する横磁場成形とがある。横磁場成形を選択するか縦磁場成形を選択するかは、製造される材料、特性、形状、着磁方向などによって判断されるが、縦磁場成形により製造された焼結磁石は横磁場成形の場合と比較して磁気特性が低下するので、横磁場成形を用いることが多い。

回転機用のＣ形あるいはＤ形の磁石を横磁場成形するには、図１１のように焼結時の収縮を考慮して作られたキャビティをもつダイスを用いる。図１１は３個の磁石が同時に同じ方向に成形できる場合で、実際には成形機の大きさやキャビティの大きさで変化し、成形効率を上げるためにできるだけ多くのキャビティを配置するので３個に限らない。更に、キャビティ内の配向磁場を平行にするために、特許文献１にも開示されているが、ダイスを飽和磁化４πＩｓが５００〜１２０００ガウスの磁性を有する材料とし、ダイスと成形体があたかも一つの磁性体であると見做すことができるようにする。このようにして作られた永久磁石を用いると、図１２に示すような永久磁石の中心線を基準線として、容易磁化方向が基準線に平行（基準線と容易磁化方向の成す角度が０°）の永久磁石回転子を得ることができる。

ところで、高精度のトルク制御を必要とするＡＣサーボモータ等のトルクは、脈動の小さなものでなければならない。したがって、永久磁石が回転したときに固定子のスロットと永久磁石との位置関係から、空隙の磁束分布が変化することに起因するコギングトルク（コイルに電流を流さない状態でのトルク）やコイルの電流を流して駆動した時のトルクリップルが発生することは好ましくない。トルクリップルは、制御性を悪くする他に騒音の原因にもなる。

特開平９−３５９７７号公報

本発明の目的は、コギングトルクを低減した高出力高精度制御の永久磁石回転機及び永久磁石を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行い、コギングトルクが小さい偏心磁石を用いた回転機に下記なる改良を加え、トルクむらのないスムーズな回転を実現した。

本発明は、弧が外部に向く外弧と弧が内部に向く内弧と両弧を結ぶ二本の線で構成されるＣ形状または外弧と三本の線で構成されるＤ形状を有し２の整数倍となる数のキャビティであって、（ii）２個１組でキャビティの外弧側が磁性体片を挟んで対称に配置されたキャビティ（参考例として（i）２個１組でキャビティの外弧同士が対称に接するように配置されたキャビティ、又は（iii）キャビティの外弧側に磁性体片が配置されたキャビティ）と、該キャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチとを備えてなる金型を提供する。
また、本発明は、この金型と、該金型を挟むように配置され該金型に一定方向の磁場を印加する少なくとも二つの磁石と、該金型のパンチに連動してキャビティを該磁場方向に対して垂直方向に圧縮するためのプレスとを含んでなる永久磁石磁場成形機を提供し、この金型に永久磁石粉を充填し、一定の磁場方向を有する磁場に、該磁場方向が該金型のＣ形断面またはＤ形断面の対向する二本線（換言すれば、該磁場方向が該金型のＣ形断面またはＤ形断面の外孤の円の中心と該金型のＣ形断面またはＤ形断面の中心とを結ぶ線）と略平行となるように該金型を配置し、該永久磁石粉末の容易磁化方向を配向させ、該磁場方向に対して垂直な方向に圧縮成形を行い、その後焼結する永久磁石の製造方法を提供する。

本発明により、コギングトルクを低減しながら駆動トルク向上が可能となり、ＡＣサーボ永久磁石モータやＤＣブラシレス永久磁石モータ等の高性能化と小型化に有用であり、産業上その利用価値は極めて高い。

ラジアルエアギャップ形の永久磁石回転機を示す。永久磁石回転子を示す。角度θでの容易磁化方向を示す。（ａ）はＣ形偏心磁石を示し、（ｂ）はＤ形偏心磁石を示す。偏心量とコギングトルクの関係との関係を示す。偏心量とトルクの関係との関係を示す。本発明のダイスおよび配向磁場を示す。本発明のダイスおよび配向磁場を示す。本発明のダイスおよび配向磁場を示す。本発明のダイスおよび配向磁場を示す。従来のダイスおよび配向磁場を示す。（ａ）従来の永久磁石回転子と、（ｂ）従来の永久磁石回転子の角度θでの容易磁化方向を示す。従来のダイスおよび配向磁場を示す。従来のダイスおよび配向磁場を示す。

以下、本発明について、図面を参照してさらに詳細に説明する。
永久磁石回転機は、効率が高く制御性が良いことから、サーボモータを始めとする制御用モータに用いられている。例えば、ＡＣサーボモータには、図１に示すようなラジアルエアギャップ形の永久磁石回転機が用いられている。図１に示した永久磁石回転機１は、回転子ヨーク２の表面に、Ｃ形の永久磁石３を貼り付けた回転子４と、空隙（ギャップ）５を介して配置された複数のスロットを有する固定子ヨークとティース６に巻かれたコイル７からなる固定子８とで構成されている。図１に示す永久磁石回転機の場合、永久磁石の極数は６、ティースの数は９であり、永久磁石内の矢印は永久磁石の磁化の方向を示している。また、コイルはティースに集中巻きで巻かれ、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の３相のＹ結線がなされており、コイルの巻き数は１ティース当たり５０ターンである。コイルのＵ＋はＵ相コイルの巻き方向が手前、Ｕ−はＵ相コイルの巻き方向が奥であることを意味している。

本発明によれば、永久磁石回転機１の例では、図２と図３に示すように、偏心磁石を有する永久磁石回転機において、永久磁石の中心線を角度０°の基準線として、回転子の中心１１を回転の中心とし反時計回りを正として基準線から正方向の角度θの位置での容易磁化方向１２と基準線との成す角度αが、α＝（１８０／Ｐ−９０）°から０°であり、容易磁化方向は基準線に対して対称である永久磁石回転子を用いる。即ち、永久磁石の容易磁化方向が中心線側に向いている永久磁石回転子を用いる。これにより、トルクむらのないスムーズな回転となり、コギングトルクが低減される。
また、本願の磁石は円弧端に行くほど磁化方向が基準線から傾いている。

本発明の永久磁石回転子は、図２に示すように、回転子ヨーク２の側面に、交互にＮ極、Ｓ極と磁化された永久磁石３を張り付けた構造になっている。永久磁石の形状は、図２ではＣ形の断面となっているが、図４（ｂ）のように、Ｄ形としてもよく、内周形状は、回転子ヨーク側面に合わせた内周形状として、切削・加工して調整してもよい。

コギングトルクを低減する方法として、図４に示すように、永久磁石の端部形状が薄くなるように、Ｃ形あるいはＤ形の外径の中心を偏心させた永久磁石を用いる方法がある。図４は、（ａ）Ｃ形偏心磁石と（ｂ）Ｄ形偏心磁石について、永久磁石の頂点を結ぶ外半径ａと永久磁石の外半径ｂにおいて偏心量ｃとなる例を示す。また、図４（ａ）に回転ヨークの外半径ｄを示し、図４（ｂ）に回転ヨークの内接円半径ｅを示す。
この方法により、磁束分布の変化が大きな磁極の切り替わり部分である永久磁石端部での磁束分布が滑らかになり、コギングトルクを低減することができる。しかし、磁石体積が減る分、駆動トルクの低下も招いてしまう。目標の駆動トルクを得るために軸方向に長くしたり、外径を大きくしたりすると機器が大きくなってしまうため、機器を大きくしないためにも、偏心量をできるだけ少なくすることが好ましい。
また、上記角度θにおいて該回転子の中心から最遠となる各永久磁石セグメントの点と該中心との距離が、上記基準線上で上記回転子の中心から最遠となる各永久磁石セグメントの点と該中心との距離より小さく、該角度θが大きくなるにつれてより小さくなることが好ましい。これは、磁石端部の厚みが薄くなることで磁極の切り替わり部分の磁束分布が滑らかになるためである。

図１の永久磁石回転機において、永久磁石の中心線を角度０°の基準線として、基準線との角度θ°の位置での容易磁化方向と基準線との成す角度が−θ°と平行配向の０°の回転子で磁石の偏心量（図４で説明）とコギングトルクの関係を調べた。モータの駆動条件は後述する実施例と同様である。

図５に偏心量とコギングトルクの関係を示す。偏心量を大きくとるとコギングトルクが低減できる。容易磁化方向が−θ°の場合、偏心が少なくてもコギングトルクが小さいので、目標のコギングトルクを同じとした時の偏心量は平行配向品より小さくできる。

図６に偏心量とトルクの関係を示す。偏心量を大きくすると磁石の体積が減るので、トルクは小さくなっている。同じ偏心量で比較すると容易磁化方向が−θ°の方が平行配向品より小さくなっているが、差は大きくない。

コギングトルクが小さく駆動トルクが大きい回転機を実現するには、いかに偏心量の小さい永久磁石でコギングトルク低減ができるかが重要である。図５と図６の結果より永久磁石の容易磁化方向が中心線側に向いている場合、従来（θ＝０°）の平行配向より小さな偏心量でコギングトルク低減が可能で、偏心量が少ない分トルクが大きくなる。即ち、永久磁石の容易磁化方向が中心線側に向いているものであれば、従来のものより低コギングトルク、高トルク回転機を実現できることが分かった。ここで、永久磁石の基準線から角度θ°の位置での容易磁化方向と基準線との成す角度は最少で（１８０／Ｐ−９０）°である。これより小さくなると極性が逆転してしまう。例えば図１の回転機はＰ＝６極なので最小の角度は−６０°となる。６極磁石の弧端のθ＝３０°で容易磁化方向角度−６０°は、円周方向を向く。また、最大は、平行配向の０°より小さい。また、θ°の位置での容易磁化方向の角度は線形で変化しているとは限らない。例えば、θ＝１０°、２０°、３０°での容易磁化方向の角度が−１０°、−２０°、−３０°のように線形で変化する場合や、θ＝１０°、２０°、３０°での容易磁化方向の角度が−１０°、−１０°、−２０°のように非線形で変化する場合がある。したがって、Ｐは４以上の整数である極数である。

次に、永久磁石の容易磁化方向が中心線側に向いている永久磁石の製造方法を検討する。従来の回転機用のＣ形あるいはＤ形の磁石を横磁場成形方法は、前述のように磁性を有するダイスを用いて平行配向の永久磁石を得る。例えば、図１１は、磁性ダイス１１２とキャビティ１１３を有する金型１１１に磁石粉１１４を充填し、配向磁場１１５中に設置したものを示し、図１２は、永久磁石の中心線を角度０°の基準線として、回転子の中心１０１を回転の中心とし反時計回りを正として基準線から正方向の角度θの位置での、回転ヨーク１０２の側面にある永久磁石１０３の容易磁化方向１０４を示す。

図１３は、ダイスを非磁性体にしたものであり、非磁性ダイス１２２とキャビティ１２３を有する金型１２１に磁石粉１２４を充填し、配向磁場１２５中に設置したものを示す。ダイスを非磁性体にすると、配向磁場は磁性体である磁石粉内を通ろうとするので、配向磁場は永久磁石の中心線からより離れた位置の配向磁場方向が中心線側に向くようになると考える。ただし、図１３のような多数個のキャビティが存在する場合、個々のキャビティでの配向磁場は異なって磁場のばらつきが生じる。配向磁場のばらつきは、コギングトルクに悪影響を与えるので好ましくない。

図１４は、ダイスを非磁性体にしキャビティを１個にしたものであり、非磁性ダイス１３２とキャビティ１３３を有する金型１３１に磁石粉１３４を充填し、配向磁場１３５中に設置したものを示す。キャビティを１個にすれば、磁石の配向バラツキは小さくなるが生産性に問題がある。

そこで、Ｃ形のキャビティで、その数は２の整数倍として上限１８の個数、好ましくは４であり、２個１組でキャビティの外周側同志が接し対称に配置された形状で、非磁性体のダイスを用いた場合の配向磁場は図７のようにする。図７は、非磁性ダイス２２とキャビティ２３を有する金型２１に磁石粉２４を充填し、磁石２６によって発生する配向磁場２５中に設置したものを示す。この場合も、磁性体である磁石粉内を通ろうとするので、配向磁場は永久磁石の中心線側に向くようになることができる。図７のように多数個のキャビティがあってもキャビティの形状が対称形なので、キャビティ間の配向のばらつきがない。さらに、形状的な効果で配向磁場の角度は、図１４のものより大きくなる。図７は非磁性のダイスを用いたが、ダイスの磁気特性を変化させることによって、配向磁場と永久磁石中心線との角度を制御することもできる。

図８は磁性ダイスを用いた場合で、非磁性ダイス３２とキャビティ３３を有する金型３１に磁石粉３４を充填し、配向磁場３５中に設置したものを示す。この場合、図７の配向磁場より角度が小さくなる。ダイスの飽和磁化４πＩｓは１２０００ガウス以下である。本発明においては、ダイス材質として使用される磁性を有する材料の飽和磁化４πＩｓを１２０００ガウス以下とすることが好ましい。この範囲内でも、特に、０〜８０００ガウスの範囲の飽和磁化を有する磁性材料を使用するのが、本発明の効果が顕著に現われ好ましい。飽和磁化４πＩｓが１２０００ガウスより大きい場合には、配向磁場が、永久磁石の中心線を角度０°の基準線として、基準線から角度θ°の位置での容易磁化方向と基準線との成す角度が０°より大きくなってしまう。

図９は、ダイス４２とキャビティ４３を有する金型４１に磁石粉４４を充填し、配向磁場４５中に設置したものを示す。図９のようにＣ形のキャビティで、その数は２の整数倍（例示は４）であり、２個１組でキャビティの外周側が磁性体片を挟んで対称に配置された形状であっても同様の効果がある、この場合はキャビティ間においた磁性体片の形状や飽和磁化を変化することでも、配向磁場の制御が行える。磁性体片の形状は直方体、円柱、楕円柱などで、鉄等の磁性体でよい。また、好ましくは磁性体片の飽和磁化がダイスの飽和磁化より大きいことがよく、磁性体片の飽和磁化がダイスの飽和磁化より大きいと磁性体片に磁束が集中し、配向磁場が永久磁石の中心線側に向くのに効果がある。同様の理由から、磁性体片がパンチの飽和磁化より大きい磁性を有する材料としたことが好ましい。

図１０は、ダイス５２とキャビティ５３を有する金型５１に磁石粉５４を充填し、配向磁場５５中に設置したものを示す。図１０のようにＣ形のキャビティで、キャビティの外周側に磁性体片が配置された形状であると、従来の図１３の金型以上に配向磁場と永久磁石中心線との角度大きくすることができる他、磁性体片の飽和磁化の大きさや形状を変更することにより、配向磁場の角度制御をすることができる。
本発明の図７〜図１０のキャビティはＣ形磁石の場合であり、Ｄ形の磁石であっても同様である。

本発明においては、ダイスだけでなく、上パンチおよび下パンチも飽和磁化４πＩｓが１２０００ガウス以下の磁性を有する材料で構成されていると、配向磁場の角度制御に効果があるので好ましい。その際、上パンチおよび下パンチの全体が磁性材料からなっていてもよいが、その成形体と接する先端部分のみが磁性を有する材料から構成されていてもよい。

本発明の飽和磁化４πＩｓが１２０００ガウス以下の磁性を有する材料としては、超硬合金、合金炭素鋼が望ましい。超硬合金とは、ＷＣ、ＴｉＣ、ＭｏＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２等のIVａ，Ｖａ，VIａ族に属する金属の炭化物粉末をＣｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、またはそれらの合金を用いて焼結結合した合金であり、これらは、超硬合金に含有される炭素量、および鉄、コバルト、ニッケル等の量、さらに添加物の種類、添加量等によりその磁性は様々に変化する。所定の磁気特性を有していれば、どのような超硬合金を本発明に適用しても差しつかえない。

また、合金炭素鋼とは、Ｆｅ−Ｃを主体とする合金であり、特にダイス鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度鋼等を用いるのが好ましい。これらについても所定の磁気特性を有していれば、どのような合金炭素鋼を使用しても問題ない。

また異方性焼結磁石としては、Ｂａフェライト系、Ｓｒフェライト系などのフェライト磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系などの希土類磁石等が使用可能である。
キャビティ内に充填する磁石粉末の平均粒径は特に限定しないが、１〜２０μｍであることが好ましく、加圧磁場成形してさらに、磁石の組成のより適宜焼結温度を調整して、必要により時効処理し、焼結磁石を得るものである。
焼結温度は、磁石によって異なるが、フェライト系では１１５０〜１３００℃、Ｓｍ−Ｃｏ系では１１００〜１２５０℃、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系は１０００〜１１００℃が好ましい。

以下、実施例にて詳しく説明する。なお、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石について説明するが、本発明はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に限るものではない。永久磁石は以下の工程にて製作した。それぞれ純度９９．７重量％のＮｄ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍ（ＭはＡｌ，Ｓｉ，Ｃｕ）と純度９９．５重量％のＢを用い、真空溶解炉で溶解鋳造してインゴットを作製した。このインゴットをジョークラッシャーで粗粉砕し、更に窒素気流中ジェットミル粉砕により平均粒径３．５μｍの微粉末を得た。この微粉末を比較例では図１１の金型、実施例１では図７で示す非磁性の超硬合金からなる金型４個のキャビティに充填し垂直磁場プレスにて１２ｋＧの磁場中において、１．０ｔ／ｃｍ^２の成形圧にて成形した。この成形体はＡｒガス中１０９０℃で１時間焼結を行い、引き続き５８０℃で１時間の熱処理を行った。熱処理を終えた焼結体はＣ形磁石の外径側でつながっているが、接合面が少ないので工具によって簡単に割ることができる。破断面はＣ形磁石の外径に沿っている。その後、砥石による研削加工を行い、Ｃ形の永久磁石を得た。本永久磁石の特性は、Ｂｒ：１３．０ｋＧ，ｉＨｃ：２２ｋＯｅ，（ＢＨ）ｍａｘ：４０ＭＧＯｅであった。

比較例として、図１の回転子と固定子の奥行きが４０ｍｍ、回転子の外径が４０ｍｍである。図１１で示す磁性体である飽和磁化４０００Ｇの超硬合金からなる金型で製造したＣ形永久磁石を用い、図１２に示した容易磁化方向が平行である回転機のコギングトルクと、各コイルに電流を入力した時の駆動トルクを測定した。コギングトルクは、トルク検出器に永久磁石回転機の軸を固定し、軸の一方を別の永久磁石回転機で１０ｒｐｍ以下のゆっくりとした速度で回転させたときのトルクを測定した。駆動トルクは、各コイルに実効値で２Ａの正弦波の三相交流電流を入力した場合である。

永久磁石は、コギングトルクの低減を図るため外径を偏心させた。図５のように偏心量を増やしていくとコギングトルクが小さくなり、今回の偏心量は９ｍｍとした。コギングトルクと駆動トルクの値を表１に示す。コギングトルクは脈動する波形の最大値と最小値の差であり、駆動トルクは平均値である。今回の永久磁石回転機では、コギングトルクは０．０１Ｎｍ以下を目標としており比較例のコギングトルクは目標値をクリアーしている。この時の駆動トルクは０．６９５Ｎｍであった。

実施例１として、図７で示す金型で製造したＣ形永久磁石を用い、図２に示したような永久磁石の容易磁化方向が中心線側を向いた回転子を、比較例と同じ固定子に組み込んだ回転機のコギングトルクと駆動トルクを評価した。駆動条件は、比較例と同様にした。

永久磁石は、比較例と同様にコギングトルクの低減を図るため外径を偏心させた。図５のように偏心量を増やしていくとコギングトルクが小さくなり、今回の偏心量は６ｍｍとした。コギングトルクと駆動トルクの値を表１に示す。コギングトルクは比較例とほぼ同じで目標の０．０１Ｎｍ以下となっている。この時の駆動トルクは０．７４１Ｎｍであり、比較例より６．６％の駆動トルク向上があった。

実施例２として、図９で示す金型で製造したＣ形永久磁石を得、図２に示したような永久磁石の容易磁化方向が中心線側を向いた回転子を、比較例と同じ固定子に組み込んだ回転機のコギングトルクと駆動トルクを評価した。なお、図９のダイスは非磁性の超硬合金を用い、磁性体片の飽和磁化は１８０００ガウスである。駆動条件は、比較例と同様にした。

永久磁石は、比較例と同様にコギングトルクの低減を図るため外径を偏心させた。図５のように偏心量を増やしていくとコギングトルクが小さくなり、今回の偏心量は６ｍｍとした。コギングトルクと駆動トルクの値を表１に示す。コギングトルクは比較例とほぼ同じで目標の０．０１Ｎｍ以下となっている。この時の駆動トルクは０．７５５Ｎｍであり、比較例より８．６％の駆動トルク向上があった。

本願の原出願の出願時の特許請求の範囲は、以下である。
［請求項１］
回転子ヨーク及び該回転子ヨークの側面に張り付けられた複数個の永久磁石セグメントを含み、Ｐ極（Ｐは４以上の整数）の磁極をもつ回転子と、
該回転子と同心円をなし、該回転子の外側に空隙を介して配置された、複数のスロットを有する鉄心に巻線を巻いた固定子と
を含んでなる永久磁石回転機であって、該永久磁石回転機の横断面において、
上記永久磁石セグメントの各々が、上記回転子の中心と各永久磁石セグメントの中心を結ぶ線を基準線として、該回転子の中心を回転の中心とし反時計回りを正として基準線から正方向の角度θの位置での容易磁化方向と基準線との成す角度αを、α＝（１８０／Ｐ−９０）°から０°の範囲に有し、基準線に対して対称となる容易磁化方向を有する永久磁石回転機。
［請求項２］
上記角度θにおいて該回転子の中心から最遠となる各永久磁石セグメントの点と該中心との距離が、上記基準線上で上記回転子の中心から最遠となる各永久磁石セグメントの点と該中心との距離より小さく、該角度θが大きくなるにつれてより小さくなる請求項１に記載の永久磁石回転機。
［請求項３］
弧が外部に向く外弧と弧が内部に向く内弧と両弧を結ぶ二本の線で構成されるＣ形断面形状または外弧と三本の線で構成されるＤ形断面形状を有し２の整数倍となる数のキャビティであって、２個１組でキャビティの外弧同士が対称に接するように配置されたキャビティと、該キャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチとを備えてなる金型。
［請求項４］
弧が外部に向く外弧と弧が内部に向く内弧と両弧を結ぶ二本の線で構成されるＣ形断面形状または外弧と三本の線で構成されるＤ形断面系状を有し２の整数倍となる数のキャビティであって、２個１組でキャビティの外弧側が磁性体片を挟んで対称に配置されたキャビティと、該キャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチとを備えてなる金型。
［請求項５］
弧が外部に向く外弧と弧が内部に向く内弧と両弧を結ぶ二本の線で構成されるＣ形断面状または外弧と三本の線で構成されるＤ形断面状を有し２の整数倍となる数のキャビティであって、キャビティの外弧側に磁性体片が配置されたキャビティと、該キャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチとを備えてなる金型。
［請求項６］
上記ダイスと上記パンチが、非磁性または飽和磁化４πＩｓが１２０００ガウス以下の磁性を有する材料から構成される請求項３〜５のいずれかに記載の金型。
［請求項７］
上記磁性体片が、上記ダイスまたは上記パンチの飽和磁化より大きい磁性を有する材料から構成される請求項３〜６のいずれかに記載の金型。
［請求項８］
請求項３〜７のいずれかに記載の金型と、該金型を挟むように配置され該金型に一定方向の磁場を印加する少なくとも二つの磁石と、該金型のパンチに連動してキャビティを該磁場方向に対して垂直方向に圧縮するためのプレスとを含んでなる永久磁石磁場成形機。
［請求項９］
請求項３〜７のいずれかに記載の金型に永久磁石粉を充填し、一定の磁場方向を有する磁場に、該磁場方向が該金型のＣ形断面またはＤ形断面の対向する二本線と略平行となるように該金型を配置し、該永久磁石粉末の容易磁化方向を配向させ、該磁場方向に対して垂直な方向に圧縮成形を行い、その後焼結する永久磁石の製造方法。
［請求項１０］
請求項９に記載の製造方法により得られる永久磁石。

１永久磁石回転機
２回転子ヨーク
３永久磁石
４回転子
５空隙（ギャップ）
６ティース
７コイル
８固定子
１１回転子の中心
１２容易磁化方向
２１金型
２２非磁性ダイス
２３キャビティ
２４磁石粉
２５配向磁場
２６磁石
３１金型
３２磁性ダイス
３３キャビティ
３４磁石粉
３５配向磁場
４１金型
４２非磁性ダイス
４３キャビティ
４４磁石粉
４５配向磁場
４７磁性体片
５１金型
５２非磁性ダイス
５３キャビティ
５４磁石粉
５５配向磁場
５７磁性体片
１０１回転子の中心
１０２永久磁石
１０３回転子ヨーク
１０４容易磁化方向
１１１金型
１１２非磁性ダイス
１１３キャビティ
１１４磁石粉
１１５配向磁場
１１６磁石
１２１金型
１２２非磁性ダイス
１２３キャビティ
１２４磁石粉
１２５配向磁場
１３１金型
１３２非磁性ダイス
１３３キャビティ
１３４磁石粉
１３５配向磁場
ａ永久磁石の頂点を結ぶ外半径
ｂ永久磁石の外半径
ｃ偏心量
ｄ回転ヨークの外半径
ｅ回転ヨークの内接円半径

Claims

弧が外部に向く外弧と弧が内部に向く内弧と両弧を結ぶ二本の線で構成されるＣ形断面形状または外弧と三本の線で構成されるＤ形断面系状を有し２の整数倍となる数のキャビティであって、２個１組でキャビティの外弧側が磁性体片を挟んで対称に配置されたキャビティと、該キャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチとを備えてなり、上記ダイスと上記パンチが、非磁性または飽和磁化４πＩｓが１２０００ガウス以下の磁性を有する材料から構成され、上記磁性体片が、上記ダイスまたは上記パンチの飽和磁化より大きい磁性を有する材料から構成される、永久磁石粉の配向磁場中圧縮成形用金型。
請求項１に記載の金型と、該金型を挟むように配置され該金型に一定方向の磁場を印加する少なくとも二つの磁石と、該金型のパンチに連動してキャビティを該磁場方向に対して垂直方向に圧縮するためのプレスとを含んでなる永久磁石磁場成形機。
請求項１に記載の金型に永久磁石粉を充填し、一定の磁場方向の磁場に、該磁場方向が該金型のＣ形断面またはＤ形断面の外弧の円の中心と該金型のＣ形断面またはＤ形断面の中心とを結ぶ線と略平行となるように該金型を配置し、該永久磁石粉末の容易磁化方向を配向させ、該磁場方向に対して垂直な方向に圧縮成形を行い、その後焼結する永久磁石の製造方法。