JP7426569B1 - 表面磁石型同期機、その回転子および回転子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
その製造方法として、金型温度80℃で射出成形してリング状磁石を製造し、N極とS極と交互に配置された8極よりなる磁極を有し、各磁極は図6に示すように磁性材料を介さずに極異方性に着磁したものである。
しかし、特許文献1に開示された発明は、磁力が弱いうえに、12万RPM回転以上ではその遠心力のためにリング磁石は破損してしまうという欠点があった。
この設計は、磁石エネルギーは1/2で、モータ重量を1/4にすることができており、単位磁石エネルギー当たりで8倍の性能が実現できたことを意味していた。
ここで、擬極異方性とは、リング磁石の磁極と磁性材料が一体となって極異方性に飽和着磁され、リング磁石と回転子の磁性材料とが強く結合し、遠心力に対抗する力を生じさせる効果があると同時に、リング磁石から発する磁界が正弦波形となって、滑らかな回転を可能にする特性を有する配向のことである。(図4)。
一般的対策として、リング磁石の表面に非磁性の飛散防止カバーを設置して外から圧力を付加して遠心力による破損を防止する方策がとられている。これでは磁石と固定子間の間隙が大きくなって十分な小型化が実現できない。
次に、接合強度を回転子本体の凹凸度を大きくし、かつ金属接着剤を活用して接合強度を高めた。また、表面に波型として接着面積を大きくして接合強度の改善を図った。
さらに、回転子の同軸度を改善することおよび磁極の着磁を擬極異方性着磁して滑らかで同軸度が高い磁界分布とすることで応力集中を抑制した。このようして、リング磁石の表面に非磁性のケースを設置することなしで高速回転を可能にした点が最大の特徴である。
すなわち、接着剤強度と、擬極異方性着磁された磁石と磁性体との間に働く磁力とによって耐遠心力が維持されていることである。
これは、焼結磁石には大きな鉄損(過電流損とヒステリシス損)が生じ、また発熱して磁石特性が劣化してしまう問題が生じていたが、ボンド磁石は各磁石粒子が絶縁体であるバインダ樹脂で絶縁された状態になっているため、生じる鉄損と発熱は非常に小さいためである。
さらにNd焼結磁石に比べて希土類異方性ボンド磁石は磁力が劣る問題については、磁気回路を工夫して単位磁石エネルギー当たりで8倍の性能を引き出せば、モータ本体の50%以上の小型軽量化を実現できることを見出したものである。
本発明の射出成形タイプは、Ndボンド磁石の歩留が高く、しかも回転子本体は円筒状に加工するだけであり、それと磁石を一体成形するだけで回転子が完成するという極めて単純な工程で、製造コスト1/5程度の大幅なコストダウンが可能になる。
電磁コイルは、適宜、ヨークはコイル内にあるティースを含む場合、ティースがない場合を選択することができる。
しかも磁石粉末は飽和着磁されているので、温度が常温に下がったとき、飽和着磁状態は維持されており、飽和着磁された擬極異方性磁石が製造できる。つまり射出成形の着磁工程は省略することができる。
固定子と回転子とからなるブラシレスSPMモータにおいて、
回転子は、リング磁石と回転軸棒に外接する円筒状の磁性材料(以下、磁性材料等という。)を備えてなり、
前記リング磁石は、10MGOe以上の最大エネルギー積を有する射出成形タイプの希土類異方性ボンド磁石からなり、前記磁性材料等に外接して固定されており、N極とS極と交互に配置された4極以上の偶数個よりなる磁極を有し、各磁極は磁性材料を介して擬極異方性に着磁されており、
前記回転子の形状・サイズは、外径の直径は20mm以下で長さは40mm以下からなり、
前記回転子と前記固定子の隙間は0.5mm以下からなり、
前記回転子の回転数は、12万RPM以上の回転速度で回転して、前記ブラシレスSPMモータは20W~400Wの出力を有することを特徴とする。
前記回転子の外周部の凹凸度は、0.5~10μmとし、その上に金属接着剤で樹脂層を形成することによって前記リング磁石と前記磁性材料の外周部とを強固に固定することを特徴とする。
前記回転子の円筒状の磁性材料をステンレス磁石としたことを特徴とする。
希土類異方性ボンド磁石の射出成形の条件は、金型温度および射出温度は100~150℃、成形圧力は50~150MPa、射出速度は50~150cm3/secであることを特徴とする。
<ブラシレスSPMモータ>
ブラシレスSPMモータ1は、図1に示すように、回転子2と固定子3および回転軸4より構成される。
回転子2について以下に説明する。
回転子2は、図2および図3に示すように、シャフト21、回転子本体22、ボンド磁石23(23N、23S)からなる。
回転子本体22は、磁性材料またはステンレス磁石からなる。磁性材料としては、Si鋼板の薄板から円盤状に打ち抜き、その両面を絶縁被覆して積層した円筒状リング部品が好ましい。ステンレス磁石としては、その材質は問わないが、常温で非磁性のオーステナイト相で、冷間加工後に磁性のマルテンサイト相となり、半硬質磁性特性を示すCr-Ni系ステンレス鋼やMn系非磁性鋼などの鉄系材であることが好ましい。形状は、通常、両面を絶縁被覆した薄板の積層体からなる。
これによって、Nd焼結磁石よりは磁石単体の性能は劣るが、モータの磁気回路としては同等以上の磁束量を引き出すことができている。
モータ出力は40W~400Wまでであるが、回転子は直径8mm~16mm、内径6mm~12mm、長さ5mm~20mm、磁石使用量0.8g~4g以下で実現できる。
出力40W~400W、回転子の回転数は12万~20万RPM回転,磁石の重量は4g以下、磁極数は4極以上、固定子側の電磁石の数は6極以上である。なお固定子側の電磁石はヨーク付きであってもヨークの無いコアレスであってもよい。
100W出力モータの例である。
ブラシレスSPMモータの回転子の本体は、磁性材料としてSi鋼板の薄板から円盤状に打ち抜き、その両面を絶縁被覆して積層した円筒状リング部品を採用した。
第1実施例の回転子本体をステンレス磁石としたものである。モータトルクが10%アップし、モータ出力が110Wとなった事例である。
第1実施例のモータ出力を200Wとして事例で、回転子の直径を直径15mm、内径9mm、磁石の厚みは3mm、長さ10mm、磁石使用量2gとした。遠心力が大きくなるので、回転子本体の外周部を波型加工して、磁石との接合面積を増やして実施例である。
2:回転子
21:回転軸、22:回転子本体、23N:希土類異方性ボンド磁石のN極、23S:希土類異方性ボンド磁石のS極
3:固定子
4:回転軸
5:リング状の極異方性磁石
6:Nd焼結磁石タイプの回転子
61:シャフト、62:ケース、63N:Nd焼結磁石のN極、63S:Nd焼結磁石のS極
Claims (2)
- 固定子と回転子とからなるブラシレスSPMモータにおいて、
前記回転子は、リング磁石と回転軸に外接する円筒状のステンレス磁石を備えてなり、
前記リング磁石は、10MGOe以上の最大エネルギー積を有する射出成形タイプの希土類異方性ボンド磁石からなり、前記ステンレス磁石に外接して固定されており、N極とS極と交互に配置された4極以上の偶数個よりなる磁極を有し、各磁極は前記ステンレス磁石を介して擬極異方性に着磁されており、
前記回転子の形状・サイズは、外径の直径は20mm以下で長さは40mm以下からなり、
前記回転子と前記固定子の隙間は0.5mm以下からなり、
前記回転子の回転数は、12万RPM以上の回転速度で回転して、前記ブラシレスSPMモータは20W~400Wの出力を有することを特徴とするブラシレスSPMモータ。 - 請求項1に記載された回転子において、
前記回転子の外周部の凹凸度は、0.5~10μmとし、その上に金属接着剤で樹脂層を形成することによって前記リング磁石と前記ステンレス磁石の外周部とを強固に固定することを特徴とするブラシレスSPMモータ。
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