JPH03198632A - 交流サーボモータ用磁石回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は２例えばロボット、ＮＣ工作機械、レーダの空
中線追尾装置等に使用される交流サーボモータ用の磁石
回転子に関するものであり、特に耐熱性と着磁性を大幅
に向上させた交流サーボモータ用磁石回転子に関するも
のである。

〔従来の技術〕

近年ロボットの関節の動作速度の制御、停止位置の保持
等には、サーボモータ、就中給電ブラシおよび整流子の
ような摺動接触部材を排除した交流サーボモータが多用
されている。このような交流サーボモータは、複数個の
溝内に巻線を配設してなる固定子と、外周に永久磁石を
配設してなる回転子とによって構成されているのが通常
である。

上記のような交流サーボモータを使用する駆動制御にお
いては９回転トルク若しくは回転動力を一定にすること
が要求される。こめため、無負荷時において固定子の巻
線溝と回転子の永久磁石との対向位置関係の変化に基づ
（回転トルクのむら（コギングトルクと称される）を減
少させること。

および固定子の巻線に流す電流と誘起される逆起電力と
の積を各相加算した値で表される回転動力の脈動すなわ
ちトルクリップルを減少させることが必要である。

上記のような駆動特性を確保若しくは改善するために、
従来から種々の提案がなされている。例えば空隙磁束分
布波形が正弦波となるように永久磁石挿入位置の空隙を
大にすると共に、磁極の外周を弓形に湾曲形成するもの
（特開昭６３−１４０６４４号公報参照）、永久磁石の
外径を偏芯させ、永久磁石端部の肉厚と磁石中央部の肉
厚との比を所定範囲に規定するもの（特開昭６３−１６
１８５３号公報参照）のように永久磁石を偏肉させる提
案がある。

また積層回転子鉄心を永久磁石と共に積層方向に複数個
に分割し、これらの分割鉄心を一定角度ずつ階段状にず
らせて軸に取付ける。すなわちスキューさせる提案もあ
る（特開昭６３−１４０６４５号公報参照）。更に永久
磁石の表面輪郭形状を八角形に形成し、この八角形の夫
々の辺の長さを所定範囲に規定したものがある（特開昭
６３−２７７４５０号公報参照）。一方永久磁石を超急
冷法によって得た磁粉からなるボンド磁石によって形成
し、特に小型モータにおける特性を向上させようとする
提案もなされている（特開昭６２−１９６０５７号公報
参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術において、磁石回転子を構成する永久磁石
を偏肉させること、スキューさせること若しくは表面輪
郭形状を八角形に形成すること等永久磁石を特殊形状に
形成することは、極めて煩雑かつ長時間を要する加工が
必要であり、必然的にコスト高を招来するという問題点
がある。すなわち上記永久磁石としては例えばフェライ
ト磁石に代表される焼結磁石が使用されるのが殆どであ
り、特殊形状に加工するためには、研削加工によらざる
を得す、加工が複雑であると共に、加工時間もまた長時
間を要するのである。なお上記のようなフェライト磁石
は１着磁が容易であるため。

広く回転電機用として使用されているが、近年の交流サ
ーボモータにおいては重負荷仕様のものが多く、その雰
囲気温度が１５０　’Ｃ以上に到達するため、耐熱性の
点において不充分であるという問題点がある。すなわち
高温度における減磁が大であり、モータ出力が大幅に低
下するという欠点がある。一方耐熱性を向°上させるた
めに保磁力を増大させると２着磁性が大幅に低下し、生
産性を阻害すると共に、磁束密度分布の制御が困難とな
り。

結果としてコギングトルクの減少ができず、交流サーボ
モータとしての特性を大幅に低下させるという問題点が
ある。更に超急冷磁粉からなるボンド磁石によって形成
することにより、保磁力の増大が図れるものの、前記提
案は外径２５ｍｍ以下の小型モータに限定され２本発明
の対象である比較的重負荷、かつ耐熱性の要求される交
流サーボモータについての適用性は全く不明である。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し２着磁
性も含めた製作が容易であると共に、高温雰囲気におい
ても所定の保磁力を確保し得る耐熱性の高い交流サーボ
モータ用磁石回転子を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために９本発明においては。

回転子の外周に永久磁石を配設してなる交流サーボモー
タ用磁石回転子において、永久磁石を、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系
合金（但し、ＲはＹを含む希土類元素の１種または２種
以上の組合わせ）からなり平均結晶粒径０．０１〜０．
５μｍかつ平均粒径１〜１０００μｍの磁気等方性の磁
粉と１体積比で５〜４０％の結合剤とからなるボンド磁
石によって形成する。

という技術的手段を採用した。

本発明におけるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金は、原子％でＲは１
０〜１５％、Ｂは４〜８％、残部Ｆｅからなるものを使
用することが望ましい。Ｒが１０原子％未満では雰囲気
温度が１４０°Ｃに上昇した場合に、永久磁石の不可逆
減磁率が５％以上に悪化し、交流サーボモータ用磁石回
転子としての耐熱性が低下するため好ましくない。一方
Ｒが１５原子％を超えると永久磁石の残留磁束密度が４
．５ＫＧ以下となって交流サーボモータの出力を低下さ
せるため不都合である。なおＲとしてはＮｄ。

Ｐｒが好ましいが、ジジム、ミツシュメタル等の混合物
であってもよい。次にＢが４原子％未満では雰囲気温度
が１４０°Ｃに上昇した場合の永久磁石の不可逆減磁率
が５％以上に悪化し、交流サーボモータ用磁石回転子と
しての耐熱性が低下するため好ましくない。一方Ｂが８
原子％を超えると永久磁石の残留磁束密度が４．５ＫＧ
以下となり。

交流サーボモータの出力を低下させるため不都合である
。

次に本発明において、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金のＦｅの一部
を１０原子％以下のＡＩ！、、　Ｓｔ　、　Ｃｏ　。

Ｎｂ　、　Ｗ、　Ｖ、　Ｍｏ　、　Ｔａの１種または２
種以上の元素によって置換することができる。なお本発
明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金において、製造上不可避である
Ｏ、　Ｎ、　　Ｃ，Ｃｊ２等の不純物の混入は許容され
る。

本発明においてＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金からなる磁粉の平均
結晶粒径は、電子顕微鏡写真により所謂切断法によって
求める。この場合結晶粒径のバラツキによる誤差を回避
するため、少なくとも３０箇所をサンプリングする必要
がある。平均結晶粒径が０．０１μｍ未満では永久磁石
のｉＨｃが不充分であり、一方０．５μｍを超えると結
晶粒が過大となり、逆磁区の核が発生して却ってｉＨｃ
を低下させるため不都合である。

次に上記磁粉の平均粒径が１μｍ未満であると。

非所望な酸化および発火を惹起すると共に加工劣化を招
来するため好ましくない。一方１０００μｍを超えると
ボンド磁石としての成形性を劣化させるため不都合であ
る。

なお上記磁粉としては、超急冷法によって作製したリボ
ン状薄帯、粉状体１片状体等の磁粉を８００°Ｃ以下、
好ましくは５５０〜７５０°Ｃで保持する熱処理を施し
たものを使用すると効果的である。熱処理における保持
温度が５５０°Ｃ未満では、超急冷法によって生成され
た等方性のアモルファス量が多いため永久磁石特性が向
上せず。

方７５０°Ｃを超えると超急冷法によって生成された微
細結晶が粗大化し、永久磁石の保磁力の低下を招来する
ため好ましくない。

なお上記磁粉は公知の方法によって作製することができ
１片ロール法、双ロール法、アトマイズ法、メカニカル
アロイイング法（機械的合金化法）等を使用することが
できる。

次に結合剤としては樹脂を使用するのが一般的であり１
通常はエポキシ、ナイロン等を使用するが、耐熱性の優
れた液晶等を使用することもできる。更に耐熱性を要求
される場合は金属結合剤を使用すると好ましく、この場
合回転（揺動）鍛造が効果的である。結合剤の量が体積
比で５％未満では磁粉の結合力が不足し３強度が低下す
るため好ましくなく、−力結合剤の量が体積比で４０％
を超えると、磁粉の量が相対的に少なくなり、永久磁石
としての特性が低下するため不都合である。

なお磁粉と結合剤とを混練して成形する手段としては、
圧縮法、射出成形法、押出法、圧延法等の公知の手段を
使用できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す要部横断面図である。第
１図において、１は固定子であり、横断面形状を中空円
筒状に形成すると共に、内周面に開口する複数個の溝２
を設け９巻線３を収容する。

４は回転子であり１回転軸５の外周に中空円筒状に形成
した永久磁石６を配設すると共に、前記固定子１内に同
軸的かつ回転自在に挿入する。永久磁石６には例えば４
個の磁極を円周方向に異極が隣接するように等間隔に配
設する。

次に回転子４の製造工程について記述する。まず原材料
を秤量して溶解、鋳造し１合金組成が原子％でＮｄ　１
２．５％、Ｆｅ７８％、８６．５％、　　Ｎｂ　３％な
る合金インゴットを製造する。次にこの合金インゴット
をアーク炉によって溶解した後、Ａｒ雰囲気中において
周速３０ｎ＋／秒で回転する単ロールによって超急冷さ
せ９幅５＋ｎｍ、厚さ約３０μｍの薄片を作製する。次
にこの薄片を予め６６０°Ｃに昇温させた真空炉中に装
入して１時間保持した後、取出してＡｒガス吹付けによ
り急冷する。熱処理後の薄片をスタンプミルによって５
０〜２００μｍの平均粒径となるように粉砕して磁石粉
末とする。なおこの磁石粉末の平均結晶粒径は０．３μ
ｍであった。上記のようにして作製した磁石粉末と３体
積比１０％のエポキシ樹脂とを混練して成形用原料とし
、第１図に示す回転軸５を予めインサートした成形用金
型により、５ｔ／ｃｎｌの無磁場加圧成形を行い１次い
で１８０°Ｃの温度でエポキシ樹脂を硬化させて２回転
子４を得た。なお着磁磁場１９．５　ｋＯｅにより、第
１図に示すＮ、　　Ｓ磁極を形成した。

次に比較例として１合金組成が原子％で、　Ｎｄ１２％
、Ｆｅ８２％、Ｂ６％からなる磁粉により。

上記同様の回転子を作製した。

第２図は交流サーボモータの雰囲気温度と出力との関係
を示す図であり１曲線ａ、ｂは各々前記本発明の実施例
および比較例に対応する。この場合出力は室温における
値であり、規格化した相対値で示す。第２図から明らか
なように、比較例に対応する曲線すにおいては、雰囲気
温度が１００１ その他の形状としても作用は同一である。

°Ｃを超えると出力が減少し始め、１３０°Ｃに到達す
ると出力は大幅に減少し、もはや交流サーボモータとし
ての特性を維持できなくなっていることを示している。

これに対して本発明の実施例と対応する曲線ａにおいて
は、雰囲気温度が１５０°Ｃを超えても出力の減少は殆
ど認められず、２００°Ｃ近傍に至って初めて出力の減
少が顕著となる。

すなわち雰囲気温度が上昇しても、不可逆減磁率が小で
あると共に、充分な残留磁束密度を保有するため、耐熱
性が極めて良好であると認め得る。

なお第１図に示す固定子ｌと回転子４との間の空隙磁束
密度の分布は、雰囲気温度の値の如何に拘らず略正弦波
状であり２回転むらは殆ど認められなかった。また回転
子４を構成する永久磁石６は等方性であるため１着磁波
形の制御は極めて容易であり、従来経験された所謂コギ
ングトルクを減少させ得ることを確認した。

本実施例においては２回転子を構成する永久磁石の形状
が中空円筒状のものである例について記述したが２例え
ばセグメント状、若しくは蒲鉾状２ 〔発明の効果〕 本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
高温雰囲気においても充分大なる出力を確保し得ると共
に２着磁性も良好であるため製作が容易であるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部横断面図。 第２図は交流サーボモータの雰囲気温度と出力との関係
を示す図である。 ４：回転子、６：永久磁石。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転子の外周に永久磁石を配設してなる交流サー
   ボモータ用磁石回転子において、永久磁石を、Ｒ−Ｆｅ
   −Ｂ系合金（但し、ＲはＹを含む希土類元素の１種また
   は２種以上の組合わせ）からなり平均結晶粒径０．０１
   〜０．５μｍかつ平均粒径１〜１０００μｍの磁気等方
   性の磁粉と、体積比で５〜４０％の結合剤とからなるボ
   ンド磁石によって形成したことを特徴とする交流サーボ
   モータ用磁石回転子。
2. （２）Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金のＦｅの一部を１０原子％以
   下のＡｌ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａの１
   種または２種以上の元素によって置換した請求項（１）
   記載の交流サーボモータ用磁石回転子。