JP5286843B2 - 極異方性磁石の成形金型、モータ、電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、成形すべき極異方性磁石の材料を含むコンパウンドを充填するための円筒状のキャビティを有する極異方性磁石の成形金型に関する。

このような技術分野において、特許文献１に記載のような技術が知られている。

特許文献１には、成形すべき極異方性磁石の材料を含むコンパウンドを充填するための円筒状のキャビティと、キャビティの内側に組み込まれるヒータと、キャビティの外側に組み込まれ、キャビティ側に異なる磁極面が交互に配置される外側磁石と、を備える極異方性磁石の成形金型が記載されている。この成形金型はヒータを備えることから、必要な熱を磁石内面側から供給することができるため、磁石を良好に配向させることができ。また、磁石の耐久性を向上させることができる。なお、図２０は従来の成形金型の一部を断面から示す図であり、図２１は従来の成形金型の一部の断面とともに仮想的な磁束線を示す図である。また、図２２は、従来の成形金型のキャビティ内径側表面における角度と磁束波形との関係を示す図である。
特開２００６−２６１２３６号公報

ここで、モータは、磁石と、磁石に対向するコイルによる電磁石と間に生じる反発力と吸引力とを利用して回転する構成である。このため、磁石の隣接極同士の表面磁束が急激に変化すると、コギングトルクが高くなり、モータの振動や騒音が大きくなる。したがって、磁石の表面磁束波形は、限りなく正弦波波形に近づくように構成することが理想的である。

しかしながら、図２２からわかるように、従来の成形金型のキャビティ内径側表面の磁束波形は、滑らかな正弦波波形とは大きく異なるものとなる。したがって、成形すべき極異方性磁石を滑らかな正弦波の磁束波形にすることができない、という問題が生じていた。

このため、本発明は、以上のような問題を解決するものであり、成形すべき極異方性磁石を滑らかな正弦波の磁束波形にすることができる極異方性磁石の成形金型を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の極異方性磁石の成形金型は、成形すべき極異方性磁石の材料を含むコンパウンドを充填するための円筒状のキャビティを有する極異方性磁石の成形金型であり、前記キャビティの内側に組み込まれ、前記キャビティ側に異なる磁極面が交互に配置される内側磁石と、前記キャビティの外側に組み込まれ、前記キャビティ側に異なる磁極面が交互に配置される外側磁石と、を備える極異方性磁石の成形金型において、前記内側磁石または前記外側磁石は、前記キャビティ側に配置される磁極が、前記成形すべき極異方性磁石の１極に対応する部分の中央部分と、その両端部分とで異なることを特徴とする。

本発明によれば、キャビティの内側に組み込まれ、キャビティ側に異なる磁極面が交互に配置される内側磁石と、キャビティの外側に組み込まれ、キャビティ側に異なる磁極面が交互に配置される外側磁石と、を備えることから、成形すべき極異方性磁石を滑らかな正弦波の磁束波形にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は実施形態１に係る成形金型の断面を斜視で示す図、図２は実施形態１に係る成形金型の断面を正面から示す図、図３は実施形態１に係る成形金型の一部断面を拡大して示す部分断面図である。また、図４は実施形態１に係る成形金型の一部の断面とともに仮想的な磁束線を示す図であり、図５は、実施形態１に係る成形金型のキャビティ１０内径側表面における角度と磁束波形との関係を示す図である。

この発明に係る成形金型は、８極であり１極当たりの角度が４５度となる極異方性磁石の成形金型である。

図１乃至図３に示すように、この成形金型は、成形すべき極異方性磁石の材料を含むコンパウンドを充填するための円筒状のキャビティ１０を有する。また、キャビティ１０の内側に組み込まれ、キャビティ１０側に異なる磁極面が交互に配置される複数の内側磁石１１と、キャビティ１０の外側に組み込まれ、キャビティ１０側に異なる磁極面が交互に配置される複数の外側磁石１２と、を備える。なお、各々の内側磁石１１は、内側ヨーク１３に保持されており、各々の外側磁石１２は、外側ヨーク１４に保持されている。

各々の内側磁石１１のキャビティ１０側に配置される磁極は、対向して配置される外側磁石１２のキャビティ１０側に配置される磁極と異なる極になるように配置される。

そして、このような成形金型では、キャビティ１０内の磁束分布は図４に示すような分布になる。図４と図２１とを比較すると、従来例よりも本実施形態の方がキャビティ内に多くの磁束を形成していることが分かる。

また、このような成形金型では、キャビティ１０内径側表面における角度と磁束波形とが図５に示すような関係になる。図５と図２２とを比較すると、従来例よりも本実施形態の方がキャビティ１０内径側表面により滑らかな正弦波の磁束波形を形成していることが分かる。また、成形すべき極異方性磁石の極中心に対応する部分においては、従来例では０．５Ｔ程度の磁束密度であったのに対し、この実施形態においては０．９Ｔ程度の磁束密度である。したがって、磁石特性が高いとされ、配向に０．６乃至０．８Ｔの磁界を必要とする磁石（例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ、Ｓｍ−Ｃｏなど）に対して、特に好ましい条件で成形することができる。

以上から、この実施形態１に係る成形金型によれば、成形すべき極異方性磁石の材料に対して大きな磁束密度を与えることができ、さらに、成形すべき極異方性磁石の材料を滑らかな正弦波の磁束波形にすることができる。

次に、本発明の他の実施形態について図面を用いて説明する。

図６は実施形態２に係る成形金型の断面を斜視で示す図、図７は実施形態２に係る成形金型の断面を正面から示す図、図８は実施形態２に係る成形金型の一部断面を拡大して示す部分断面図である。また、図９は実施形態２に係る成形金型の一部の断面とともに仮想的な磁束線を示す図であり、図１０は、実施形態１に係る成形金型のキャビティ１０内径側表面における角度と磁束波形との関係を示す図である。

この実施形態２に係る成形金型は、成形すべき極異方性磁石の１極に対応する内側磁
石２１のキャビティ２０側における中央部分２１ａと、その両端部分２１ｂとで異なる磁極である点で、成形すべき極異方性磁石の１極に対応する内側磁石１１のキャビティ１０側における磁極が中央部分とその両端部分とで同一極である実施形態１に係る成形金型とは異なる。

ただし、実施形態２に係る成形金型は、実施形態１に係る成形金型と同様に、成形すべき極異方性磁石の材料を含むコンパウンドを充填するための円筒状のキャビティ２０と、キャビティ２０の内側に組み込まれ、キャビティ２０側に異なる磁極面が交互に配置される複数の内側磁石２１ａ、２１ｂと、キャビティ２０の外側に組み込まれ、キャビティ２０側に異なる磁極面が交互に配置される複数の外側磁石２２と、各々の内側磁石２１を保持する内側ヨーク２３と、各々の外側磁石２２を保持する外側ヨーク２４とを備える。

このような実施形態２に係る成形金型では、キャビティ２０内の磁束分布は図９に示すような分布になる。図９と図４と図２１とを比較すると、本実施形態がキャビティ内に最も多くの磁束を形成していることが分かる。

また、このような実施形態２に係る成形金型では、キャビティ２０内径側表面における角度と磁束波形とが図１０に示すような関係になる。図１０と図５と図２２とを比較すると、本実施形態がキャビティ１０内径側表面に最も滑らかな正弦波の磁束波形を形成していることが分かる。また、成形すべき極異方性磁石の極中心に対応する部分においては、従来例では０．５Ｔ程度の磁束密度であったのに対し、この実施形態においては０．９Ｔ程度の磁束密度である。したがって、磁石特性が高いとされ、配向に０．６乃至０．８Ｔの磁界を必要とする磁石（例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ、Ｓｍ−Ｃｏなど）に対して、特に好ましい条件で成形することができる。

以上から、この実施形態２に係る成形金型によれば、成形すべき極異方性磁石の材料に対して大きな磁束密度を与えることができ、さらに、成形すべき極異方性磁石の材料をさらに滑らかな正弦波の磁束波形にすることができる。

次に、本発明の実施形態３について図面を用いて説明する。

図１１は実施形態３に係る成形金型の断面を斜視で示す図、図１２は実施形態３に係る成形金型の断面を正面から示す図、図１３は実施形態３の一部断面を拡大して示す部分断面図である。

この実施形態３に係る成形金型は、成形すべき極異方性磁石の１極に対応する外側磁石３２のキャビティ３０側における中央部分３１ａと、その両端部分３１ｂとで異なる磁極である点で、成形すべき極異方性磁石の１極に対応する外側磁石１２のキャビティ１０側における磁極が中央部分とその両端部分とで同一極である実施形態１に係る成形金型とは異なる。

ただし、実施形態３に係る成形金型は、実施形態１に係る成形金型と同様に、成形すべき極異方性磁石の材料を含むコンパウンドを充填するための円筒状のキャビティ３０と、キャビティ３０の内側に組み込まれ、キャビティ３０側に異なる磁極面が交互に配置される複数の内側磁石３１と、キャビティ３０の外側に組み込まれ、キャビティ３０側に異なる磁極面が交互に配置される複数の外側磁石３２ａ、３２ｂと、各々の内側磁石３１を保持する内側ヨーク３３と、各々の外側磁石３２を保持する外側ヨーク３４とを備える。

このような実施形態３に係る成形金型では、キャビティ３０内径側表面における角度と磁束波形との関係は、実施形態２に係る成形金型におけるキャビティ２０内径側表面にお
ける角度と磁束波形との関係と略同一の関係になる。したがって、この実施形態３に係る成形金型によれば、キャビティ内径側表面に最も滑らかな正弦波の磁束波形を形成する。

以上から、この実施形態３に係る成形金型によれば、成形すべき極異方性磁石の材料に対して大きな磁束密度を与えることができ、さらに、成形すべき極異方性磁石の材料をさらに滑らかな正弦波の磁束波形にすることができる。

以下、実施形態２に係る成形金型により製作した極異方性ボンド磁石をモータに組みつけて行った実験について、説明する。なお、この実験においては、外形５０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、高さ１３ｍｍの極異方性ボンド磁石を用いて行っている。

図１４は、実施形態２に係る成形金型により製作した極異方性ボンド磁石を組みつけたモータの断面を示す図である。また、図１５は、実施形態２に係る成形金型により製作した極異方性ボンド磁石の異極端部比率と、コギングトルクおよび誘起電圧との関係を示す図である。

なお、異極端部比率とは、内側磁石２１ａ、２１ｂのキャビティ２０側と対向する表面積全体に対する内側磁石２１ｂのキャビティ２０側と対向する表面積の割合を意味する。異極端部比率１００％とは、内側磁石２１ｂのキャビティ２０側と対向する表面積が０、すなわち、実施形態１に係る成形金型での製造を指す。

このモータは、ロータコア１０１と、ロータコア１０１の周囲に固定された極異方性ボンド磁石１００と、極異方性ボンド磁石１００の外周に対して一定のギャップを介して配置される複数のティース１０３を有するステータコア１０２と、各々のティース１０３に巻回される巻線１０４と、により構成される。

図１５から分かるように、誘起電圧は、異極端部比率が下がるに従って、徐々に低下している。一方、コギングトルクは、異極端部比率が４５％の場合に最小値（２．９ｍＮ・ｍ）となっている。したがって、異極端部比率が４５％付近の場合が最も好ましい形態であると言える。

次に、本発明に係る電気機器の例として、エアコン室内機２１０、エアコン室外機３０１、給湯機、および、空気清浄機について、図面を用いて説明する。

図１６は、エアコン室内機２１０を示す概略図である。

このエアコン室内機２１０の筐体２１１内にはモータ２０１が搭載されている。このモータ２０１の回転軸にはクロスフローファン２１２が取り付けられている。モータ２０１はモータ駆動装置２１３によって駆動される。モータ駆動装置２１３からの通電により、モータ２０１が回転し、それに伴いクロスフローファン２１２が回転する。そのクロスフローファン２１２の回転により、室内機用交換器（図示しない）によって空気調和された空気を室内に送風する。なお、ここで、モータ２０１は、例えば上述の実施形態１乃至実施形態３のいずれかの成形金型により製作された磁石を組み込んだモータを適用できる。このようなモータを適用すれば、高出力であり、かつ、低振動、低騒音のエアコン室内機を得ることができる。

また、図１７は、エアコン室外機３０１を示す概略図である。

このエアコン室外機３０１は、筐体３１１の内部にモータ３０８を搭載している。このモータ３０８は回転軸にファン３１２を取り付けており、送風用ファンモータとして駆動
する。

このエアコン室外機３０１は、筐体３１１の底板３０２に立設した仕切り板３０４により、圧縮機室３０６と熱交換器室３０９とに区画される。圧縮機室３０６には圧縮機３０５が配設されている。熱交換器室３０９には熱交換器３０７および送風用ファンモータが配設されている。仕切り板３０４の上部には電装品箱３１０が配設されている。

この送風用ファンモータは、電装品箱３１０内に収容されたモータ駆動装置３０３により駆動されるモータ３０８の回転に伴い、送風ファン３１２が回転し、熱交換器３０７を通して熱交換器室３０９に送風する。ここで、モータ３０８は、例えば上述の実施形態１乃至実施形態３のいずれかの成形金型により製作された磁石を組み込んだモータを適用できる。このようなモータを適用すれば、高出力であり、かつ、低振動、低騒音のエアコン室内機を得ることができる。

また、図１８は、給湯機３３０を示す概略図である。

この給湯機３３０の筐体３３１内には、モータ３３３が搭載されている。このモータ３３３の回転軸には、ファン３３２が取り付けられている。モータ３３３は、モータ駆動装置３３４によって駆動される。モータ駆動装置３３４からの通電により、モータ３３３が回転し、それに伴いファン３３２が回転する。そのファン３３２の回転により、燃料気化室（図示しない）に対して燃焼に必要な空気を送風する。ここで、モータ３３３は、例えば上述の実施形態１乃至実施形態３のいずれかの成形金型により製作された磁石を組み込んだモータを適用できる。このようなモータを適用すれば、高出力であり、かつ、低振動、低騒音の給湯機を得ることができる。

図１９は、空気清浄機３４０を示す概略図である。

この空気清浄機３４０の筐体３４１内にはモータ３４３が搭載されている。このモータ３４３の回転軸には空気循環用ファン３４２が取り付けられている。モータ３４３はモータ駆動装置３４４によって駆動される。モータ駆動装置３４４からの通電により、モータ３４３が回転し、それに伴いファン３４２が回転する。このファン３４２の回転により空気を循環する。ここで、モータ３４３は、例えば上述の実施形態１乃至実施形態３のいずれかの成形金型により製作された磁石を組み込んだモータを適用できる。このようなモータを適用すれば、高出力であり、かつ、低振動、低騒音の空気清浄機を得ることができる。

なお、上述した実施形態のいては、８極であり１極当たりの角度が４５度となる極異方性磁石の成形金型として説明しているが、いずれの極数であってもよく、１極当たりの角度についても４５度に限られない。

本発明に係る極異方性磁石の成形金型は、成形すべき極異方性磁石を滑らかな正弦波の磁束波形にすることができ、成形すべき極異方性磁石の材料を含むコンパウンドを充填するための円筒状のキャビティを有する極異方性磁石の成形金型等として有用である。

実施形態１に係る成形金型の断面を斜視で示す図 実施形態１に係る成形金型の断面を正面から示す図 実施形態１に係る成形金型の一部断面を拡大して示す部分断面図 実施形態１に係る成形金型の一部の断面とともに仮想的な磁束線を示す図 実施形態１に係る成形金型のキャビティ１０内径側表面における角度と磁束波形との関係を示す図 実施形態２に係る成形金型の断面を斜視で示す図 実施形態２に係る成形金型の断面を正面から示す図 実施形態２に係る成形金型の一部断面を拡大して示す部分断面図 実施形態２に係る成形金型の一部の断面とともに仮想的な磁束線を示す図 実施形態１に係る成形金型のキャビティ１０内径側表面における角度と磁束波形との関係を示す図 実施形態３に係る成形金型の断面を斜視で示す図 実施形態３に係る成形金型の断面を正面から示す図 実施形態３の一部断面を拡大して示す部分断面図 実施形態２に係る成形金型により製作した極異方性ボンド磁石を組みつけたモータの断面を示す図 実施形態２に係る成形金型により製作した極異方性ボンド磁石の異極端部比率と、コギングトルクおよび誘起電圧との関係を示す図 エアコン室内機２１０を示す概略図 エアコン室外機３０１を示す概略図 給湯機３３０を示す概略図 空気清浄機３４０を示す概略図 従来の成形金型の一部を断面から示す図 従来の成形金型の一部の断面とともに仮想的な磁束線を示す図 従来の成形金型のキャビティ内径側表面における角度と磁束波形との関係を示す図

符号の説明

１０ キャビティ
１１ 内側磁石
１２ 外側磁石
１３ 内側ヨーク
１４ 外側ヨーク
２０ キャビティ
２１ａ 内側磁石中央部
２１ｂ 内側磁石端部
２２ 外側磁石
２３ 内側ヨーク
２４ 外側ヨーク
３０ キャビティ
３１ 内側磁石
３２ａ 外側磁石中央部
３２ｂ 外側磁石端部
３３ 内側ヨーク
３４ 外側ヨーク
１００ 極異方性ボンド磁石
１０１ ロータコア
１０２ ステータコア
１０３ ティース
１０４ 巻線
２０１ モータ
２１０ エアコン室内機
２１１ 筐体
２１２ クロスフローファン
２１３ モータ駆動装置
３０１ エアコン室外機
３０２ 底板
３０３ モータ駆動装置
３０４ 仕切り板
３０５ 圧縮機
３０６ 圧縮機室
３０７ 熱交換器
３０８ モータ
３０９ 熱交換器室
３１０ 電装品箱
３１１ 筐体
３１２ ファン
３３０ 給湯器
３３１ 筐体
３３２ ファン
３３３ モータ
３３４ モータ駆動装置
３４０ 空気清浄機
３４１ 筐体
３４２ ファン
３４３ モータ
３４４ モータ駆動装置

Claims (4)

1. 成形すべき極異方性磁石の材料を含むコンパウンドを充填するための円筒状のキャビティを有する極異方性磁石の成形金型であり、
   前記キャビティの内側に組み込まれ、前記キャビティ側に異なる磁極面が交互に配置される内側磁石と、
   前記キャビティの外側に組み込まれ、前記キャビティ側に異なる磁極面が交互に配置される外側磁石と、
   を備える極異方性磁石の成形金型において、
   前記内側磁石または前記外側磁石は、前記キャビティ側に配置される磁極が、前記成形すべき極異方性磁石の１極に対応する部分の中央部分と、その両端部分とで異なることを特徴とする極異方性磁石の成形金型。
2. 請求項１に記載の極異方性磁石の成形金型を用いて得られる極異方性磁石。
3. 請求項２に記載の極異方性磁石を備えるモータ。
4. 請求項３に記載のモータを搭載する電気機器。