JPH05199686A - モータの磁石積層型回転子 - Google Patents
モータの磁石積層型回転子Info
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- JPH05199686A JPH05199686A JP4027364A JP2736492A JPH05199686A JP H05199686 A JPH05199686 A JP H05199686A JP 4027364 A JP4027364 A JP 4027364A JP 2736492 A JP2736492 A JP 2736492A JP H05199686 A JPH05199686 A JP H05199686A
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- magnets
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- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 モータの高出力化と高効率化のために、高磁
束密度のかつ渦電流が少ない、磁石積層型回転子を提供
する。 【構成】 軸方向厚みが７mm以下の、希土類−鉄系合金
の急冷磁石粉末と非磁性電気絶縁性薄片の混合材を通電
焼結した等方性の急冷磁石である、環状の希土類磁石１
を積層電磁鋼板２上に複数個積層しラジアル方向に磁化
した、磁石間の電気抵抗が１０-2オーム以上である、モ
ータの磁石積層型回転子。
束密度のかつ渦電流が少ない、磁石積層型回転子を提供
する。 【構成】 軸方向厚みが７mm以下の、希土類−鉄系合金
の急冷磁石粉末と非磁性電気絶縁性薄片の混合材を通電
焼結した等方性の急冷磁石である、環状の希土類磁石１
を積層電磁鋼板２上に複数個積層しラジアル方向に磁化
した、磁石間の電気抵抗が１０-2オーム以上である、モ
ータの磁石積層型回転子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はモータの磁石積層型回転
子に関し、寸法精度と機械的強度をかね備えた環状希土
類磁石の製造技術に基づくものである。本発明はとくに
ＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動されるブラシレスモ
ータに適した回転子を提供する。好ましくは希土類−鉄
系合金の急冷磁石粉末を直接通電焼結した環状磁石、ま
たは適宜加えた非磁性薄片と共に通電焼結した異種素材
複合環状磁石を軸方向へ積層しラジアル方向へ磁化した
磁石積層型回転子に関する。
子に関し、寸法精度と機械的強度をかね備えた環状希土
類磁石の製造技術に基づくものである。本発明はとくに
ＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動されるブラシレスモ
ータに適した回転子を提供する。好ましくは希土類−鉄
系合金の急冷磁石粉末を直接通電焼結した環状磁石、ま
たは適宜加えた非磁性薄片と共に通電焼結した異種素材
複合環状磁石を軸方向へ積層しラジアル方向へ磁化した
磁石積層型回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁石回転子はモータの高出力化と高効率
化にとって重要な部材である。モータの高出力化のため
には、その磁気回路空隙に強力な静磁界を発生し得る高
残留磁化磁石を搭載した磁石回転子が求められ、磁石と
しては希土類磁石が有利である。希土類磁石に関して
は、たとえばJ.F.Herbestらの発表論文“Rare earth-Ir
on-Boron Materials;A New Era in Permanent Magnet
s”Ann.Rev.Sci.Vol 16 p467〜485(1986)に希土類−鉄
系磁石が報告されている。上記論文などによれば、希土
類元素Ｒと代表的遷移金属元素Ｆｅ／ＣｏとＢとを２：
１４：１に近い割合で含む合金溶湯をメルトスピニング
と称する連続スプラット急冷すると結晶化温度約５８０
℃、２０〜４００ｎｍのＲ2ＴＭ14Ｂ相（ただしＲはＮ
ｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃｏ）が非晶質Ｆｅ相に分散し
た微細構造を呈する急冷磁石粉末が得られる。この急冷
磁石粉末は磁気的には等方性で代表的磁石特性は固有保
磁力ＨCJ＞８ｋＯｅ（エルステッド）、残留磁化４πＩ
ｒ≒８ｋＧ（キロガウス）である。しかし連続スプラッ
ト急冷で得られる材料形態は薄膜または薄片など粉末状
に限定される。したがってモータの回転子に実装する磁
石とするためには材料形態の変換、すなわち急冷磁石粉
末をなんらかの方法で固定化する技術が必要となる。粉
末冶金における基本的な固定化技術は常圧焼結である
が、微細構造に基づくＨCJを維持しようとすると常圧焼
結は適用できない。
化にとって重要な部材である。モータの高出力化のため
には、その磁気回路空隙に強力な静磁界を発生し得る高
残留磁化磁石を搭載した磁石回転子が求められ、磁石と
しては希土類磁石が有利である。希土類磁石に関して
は、たとえばJ.F.Herbestらの発表論文“Rare earth-Ir
on-Boron Materials;A New Era in Permanent Magnet
s”Ann.Rev.Sci.Vol 16 p467〜485(1986)に希土類−鉄
系磁石が報告されている。上記論文などによれば、希土
類元素Ｒと代表的遷移金属元素Ｆｅ／ＣｏとＢとを２：
１４：１に近い割合で含む合金溶湯をメルトスピニング
と称する連続スプラット急冷すると結晶化温度約５８０
℃、２０〜４００ｎｍのＲ2ＴＭ14Ｂ相（ただしＲはＮ
ｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃｏ）が非晶質Ｆｅ相に分散し
た微細構造を呈する急冷磁石粉末が得られる。この急冷
磁石粉末は磁気的には等方性で代表的磁石特性は固有保
磁力ＨCJ＞８ｋＯｅ（エルステッド）、残留磁化４πＩ
ｒ≒８ｋＧ（キロガウス）である。しかし連続スプラッ
ト急冷で得られる材料形態は薄膜または薄片など粉末状
に限定される。したがってモータの回転子に実装する磁
石とするためには材料形態の変換、すなわち急冷磁石粉
末をなんらかの方法で固定化する技術が必要となる。粉
末冶金における基本的な固定化技術は常圧焼結である
が、微細構造に基づくＨCJを維持しようとすると常圧焼
結は適用できない。
【０００３】そのためモータの回転子に使用する磁石と
しては、たとえば米国特許第４６８９１６３号明細書、
および第４９８１６３５号明細書に開示されているよう
に、もっぱら急冷磁石粉末を樹脂で固定化する樹脂磁石
が先行した。樹脂は急冷磁石粉末を、その結晶化温度以
下で固定化するので固定化プロセスでＨCJは不変であ
る。しかし樹脂磁石はおおむね６ｇ／cm3以上の高密度
化が困難であり、４πＩｒ≦６．２ｋＧに制約される。
一方、急冷磁石粉末を成形型中に充填し結晶化温度以上
の熱間で圧縮し塑性変形を伴わせた固定化技術がある。
これによればＨCJの水準をある程度維持しながら急冷磁
石粉末の真密度に近い状態まで高密度化したフル密度磁
石となる。このフル密度磁石は４πＩｒ≦８．４ｋＧで
ある。このフル密度磁石をさらに塑性変形させれば歪み
の程度に応じて磁気異方性が誘発し、４πＩｒ≧８．４
ｋＧの磁石が得られる。
しては、たとえば米国特許第４６８９１６３号明細書、
および第４９８１６３５号明細書に開示されているよう
に、もっぱら急冷磁石粉末を樹脂で固定化する樹脂磁石
が先行した。樹脂は急冷磁石粉末を、その結晶化温度以
下で固定化するので固定化プロセスでＨCJは不変であ
る。しかし樹脂磁石はおおむね６ｇ／cm3以上の高密度
化が困難であり、４πＩｒ≦６．２ｋＧに制約される。
一方、急冷磁石粉末を成形型中に充填し結晶化温度以上
の熱間で圧縮し塑性変形を伴わせた固定化技術がある。
これによればＨCJの水準をある程度維持しながら急冷磁
石粉末の真密度に近い状態まで高密度化したフル密度磁
石となる。このフル密度磁石は４πＩｒ≦８．４ｋＧで
ある。このフル密度磁石をさらに塑性変形させれば歪み
の程度に応じて磁気異方性が誘発し、４πＩｒ≧８．４
ｋＧの磁石が得られる。
【０００４】加熱方式としては、J.F.Herbestらの発表
論文のように成形型を高周波誘導加熱し間接的に成形型
中の急冷磁石粉末を加熱するのが一般的である。しか
し、この方法は成形型の加熱や冷却に時間がかかるので
工業的規模での生産には適さない。しかし加熱の方式と
してたとえば特開平３−４０４１０号公報に開示されて
いるように成形型中で急冷磁石粉末を圧縮しつつ通電し
電極からの熱流を重畳しつつ直接加熱する通電焼結法が
ある。この方法は高寸法精度と機械的強度を有する４π
Ｉｒ≧８．４ｋＧのフル密度磁石を迅速に得ることが可
能であり、工業的規模での生産に利点がある。
論文のように成形型を高周波誘導加熱し間接的に成形型
中の急冷磁石粉末を加熱するのが一般的である。しか
し、この方法は成形型の加熱や冷却に時間がかかるので
工業的規模での生産には適さない。しかし加熱の方式と
してたとえば特開平３−４０４１０号公報に開示されて
いるように成形型中で急冷磁石粉末を圧縮しつつ通電し
電極からの熱流を重畳しつつ直接加熱する通電焼結法が
ある。この方法は高寸法精度と機械的強度を有する４π
Ｉｒ≧８．４ｋＧのフル密度磁石を迅速に得ることが可
能であり、工業的規模での生産に利点がある。
【０００５】本発明は希土類磁石、とくに上記のような
希土類−鉄系合金の急冷磁石粉末を通電焼結したフル密
度磁石に着目し、これを環状に形成し磁石回転子に実装
する技術を開示するものである。以下通電焼結によるフ
ル密度磁石を通電焼結急冷磁石と呼ぶ。
希土類−鉄系合金の急冷磁石粉末を通電焼結したフル密
度磁石に着目し、これを環状に形成し磁石回転子に実装
する技術を開示するものである。以下通電焼結によるフ
ル密度磁石を通電焼結急冷磁石と呼ぶ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ブラシレスモータをＰ
ＷＭ駆動すると、キャリア周波数に相応した固定子の高
周波磁界が回転子磁石に磁石材質の電気抵抗に相応した
渦電流損失を発生させ、磁石温度を上昇させモータの出
力や効率を低下させる。したがって、モータを高出力か
つ高効率にする磁石回転子の磁石としては高４πＩｒか
つ渦電流が少ない、さらに加工工数をへらすために高寸
法精度、高機械強度のものが求められる。
ＷＭ駆動すると、キャリア周波数に相応した固定子の高
周波磁界が回転子磁石に磁石材質の電気抵抗に相応した
渦電流損失を発生させ、磁石温度を上昇させモータの出
力や効率を低下させる。したがって、モータを高出力か
つ高効率にする磁石回転子の磁石としては高４πＩｒか
つ渦電流が少ない、さらに加工工数をへらすために高寸
法精度、高機械強度のものが求められる。
【０００７】高４πＩｒ磁石としては、ラジアル方向に
磁気異方化した常圧焼結、または塑性変形プロセスによ
る希土類磁石がある。しかし、それらの磁石は、ラジア
ル磁気異方化の程度に応じて残留応力が大きくなり、そ
のため環状に形成する寸法精度と機械強度が不足する。
また急冷磁石粉末を３〜５ｗｔ％程度の樹脂で環状に形
成した樹脂磁石は低渦電流損失、高寸法精度、高機械強
度であるが、しかし磁石の残留磁化は６．２ｋＧ以下で
不利である。
磁気異方化した常圧焼結、または塑性変形プロセスによ
る希土類磁石がある。しかし、それらの磁石は、ラジア
ル磁気異方化の程度に応じて残留応力が大きくなり、そ
のため環状に形成する寸法精度と機械強度が不足する。
また急冷磁石粉末を３〜５ｗｔ％程度の樹脂で環状に形
成した樹脂磁石は低渦電流損失、高寸法精度、高機械強
度であるが、しかし磁石の残留磁化は６．２ｋＧ以下で
不利である。
【０００８】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、通電焼結急冷磁石を用いて、高残留磁化、低渦電流
損失、高寸法精度、高機械強度である、モータの磁石積
層型回転子を提供することを目的とする。
で、通電焼結急冷磁石を用いて、高残留磁化、低渦電流
損失、高寸法精度、高機械強度である、モータの磁石積
層型回転子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のモータの磁石積層型回転子は、希土類−鉄
系合金の急冷磁石粉末と非磁性電気絶縁性薄片の混合材
を通電焼結した等方性の、寸法精度と機械的強度をかね
備えた、軸方向厚みが７mm以下の、環状の通電焼結急冷
磁石を複数個積層しており、かつ積層した磁石間の電気
抵抗を１０-2オーム以上にしている。
に、本発明のモータの磁石積層型回転子は、希土類−鉄
系合金の急冷磁石粉末と非磁性電気絶縁性薄片の混合材
を通電焼結した等方性の、寸法精度と機械的強度をかね
備えた、軸方向厚みが７mm以下の、環状の通電焼結急冷
磁石を複数個積層しており、かつ積層した磁石間の電気
抵抗を１０-2オーム以上にしている。
【００１０】
【作用】上記構成により、まず軸方向厚みを７mm以下に
することによって渦電流を発生させる起電力が小さくな
る。さらに、急冷磁石粉末に非磁性電気絶縁性薄片を混
合することにより磁石自身および積層磁石間の電気抵抗
を高めて渦電流を抑制する。
することによって渦電流を発生させる起電力が小さくな
る。さらに、急冷磁石粉末に非磁性電気絶縁性薄片を混
合することにより磁石自身および積層磁石間の電気抵抗
を高めて渦電流を抑制する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は本発明の磁石積層型回転子の一部切
欠斜視図である。図中、１は環状に形成した希土類磁
石、２は積層電磁鋼板、３は軸である。希土類磁石１を
実装する具体的手段は特定するものではなく常法に従
う。ここで、好ましくはたとえば硼硅酸ガラス、アルミ
ナ硼硅酸ガラス、その他ＭｇＯ，ＺｒＯ，ＰｂＯ，Ｂａ
Ｏ，ＣａＯなどを含む無機高分子やエポキシ樹脂など有
機高分子を用いて表面の防錆と積層電磁鋼板２への接着
とをかねるようにする。
ら説明する。図１は本発明の磁石積層型回転子の一部切
欠斜視図である。図中、１は環状に形成した希土類磁
石、２は積層電磁鋼板、３は軸である。希土類磁石１を
実装する具体的手段は特定するものではなく常法に従
う。ここで、好ましくはたとえば硼硅酸ガラス、アルミ
ナ硼硅酸ガラス、その他ＭｇＯ，ＺｒＯ，ＰｂＯ，Ｂａ
Ｏ，ＣａＯなどを含む無機高分子やエポキシ樹脂など有
機高分子を用いて表面の防錆と積層電磁鋼板２への接着
とをかねるようにする。
【００１２】図２は希土類磁石１として使用される異種
素材複合急冷磁石の断面の金属組織である。図中、１ａ
は急冷磁石粉末、２ｂは必要に応じて適宜使用する非磁
性薄片である。図から明らかなように急冷磁石粉末１
ａ、非磁性薄片２ｂはともに通電焼結における圧縮方向
（図の上下方向）に対して垂直に薄片面が配列してい
る。しかも非磁性薄片２ｂは急冷磁石粉末１ａを圧縮方
向に分割した構成になっており、非磁性薄片２ｂで局部
的に絶縁された構成になっている。
素材複合急冷磁石の断面の金属組織である。図中、１ａ
は急冷磁石粉末、２ｂは必要に応じて適宜使用する非磁
性薄片である。図から明らかなように急冷磁石粉末１
ａ、非磁性薄片２ｂはともに通電焼結における圧縮方向
（図の上下方向）に対して垂直に薄片面が配列してい
る。しかも非磁性薄片２ｂは急冷磁石粉末１ａを圧縮方
向に分割した構成になっており、非磁性薄片２ｂで局部
的に絶縁された構成になっている。
【００１３】次に本発明の磁石積層型回転子の主要部材
である希土類磁石１について説明する。本発明で言う急
冷磁石粉末は希土類元素Ｒと代表的遷移金属元素Ｆｅと
Ｂとを２：１４：１に近い割合で含む合金溶湯を連続ス
プラット急冷したものである。この急冷磁石粉末は４０
０ｎｍ以下のＲ2ＴＭ14Ｂ化合物（ただしＲはＮｄ／Ｐ
ｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃｏ）を主相とする微細構造を呈し磁
気的に等方性である。また材料形態は厚さ２０〜３０μ
ｍ程度の不定形薄帯または薄片である。なお合金添加元
素として主相の粒成長を抑制したりＨCJを高める元素
（Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔａ，ＴｉＺｒ，ＨｆＷな
ど）を４πＩｒが低下しない範囲で使用することはさし
つかえない。
である希土類磁石１について説明する。本発明で言う急
冷磁石粉末は希土類元素Ｒと代表的遷移金属元素Ｆｅと
Ｂとを２：１４：１に近い割合で含む合金溶湯を連続ス
プラット急冷したものである。この急冷磁石粉末は４０
０ｎｍ以下のＲ2ＴＭ14Ｂ化合物（ただしＲはＮｄ／Ｐ
ｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃｏ）を主相とする微細構造を呈し磁
気的に等方性である。また材料形態は厚さ２０〜３０μ
ｍ程度の不定形薄帯または薄片である。なお合金添加元
素として主相の粒成長を抑制したりＨCJを高める元素
（Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔａ，ＴｉＺｒ，ＨｆＷな
ど）を４πＩｒが低下しない範囲で使用することはさし
つかえない。
【００１４】また本発明で言う、非磁性薄片とは不定形
薄片が好ましくＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯ，
Ｂ2Ｏ3，ＺｎＯなどからなる真密度≒２．５ｇ／cm3、
電気抵抗１０13Ω、厚さ４μｍ程度のガラス薄片を例示
することができる。
薄片が好ましくＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯ，
Ｂ2Ｏ3，ＺｎＯなどからなる真密度≒２．５ｇ／cm3、
電気抵抗１０13Ω、厚さ４μｍ程度のガラス薄片を例示
することができる。
【００１５】次に上記急冷磁石粉末と非磁性薄片を環状
に固定化して異種素材複合急冷磁石とする通電焼結プロ
セスを図面により説明する。図３は通電焼結装置の構成
を示す要部外観図である。図において９は急冷磁石粉末
と非磁性薄片の混合物である。４はダイ、５ａ，５ｂは
ダイ４に対応した一対の電極、６はコアである。７は定
荷重負荷の加圧系、８ａは放電処理電源、８ｂは直流定
電流電源である。なお電源８ａ，８ｂは加圧系７の圧力
軸ロッドと電気的に接続されている。ここでダイ材質は
窒化珪素またはサイアロン、電極材質は超硬合金（たと
えばＪＩＳ Ｈ５５０１；Ｇ５）、コア材質は超硬合金
（たとえばＪＩＳ Ｈ５５０１；Ｇ９）が好ましい。通
電焼結急冷磁石は必要に応じて電極から熱供給を行う
が、しかし異種素材複合急冷磁石の場合は非磁性薄片が
急冷磁石粉末の自己発熱を促進するので電極からの熱流
がなくてもさしつかえない。このことは圧縮方向距離が
長くなる出力が大きいモータの回転子磁石の場合には、
圧縮方向の温度分布を均一にし、温度上昇速度を早める
利点となる。
に固定化して異種素材複合急冷磁石とする通電焼結プロ
セスを図面により説明する。図３は通電焼結装置の構成
を示す要部外観図である。図において９は急冷磁石粉末
と非磁性薄片の混合物である。４はダイ、５ａ，５ｂは
ダイ４に対応した一対の電極、６はコアである。７は定
荷重負荷の加圧系、８ａは放電処理電源、８ｂは直流定
電流電源である。なお電源８ａ，８ｂは加圧系７の圧力
軸ロッドと電気的に接続されている。ここでダイ材質は
窒化珪素またはサイアロン、電極材質は超硬合金（たと
えばＪＩＳ Ｈ５５０１；Ｇ５）、コア材質は超硬合金
（たとえばＪＩＳ Ｈ５５０１；Ｇ９）が好ましい。通
電焼結急冷磁石は必要に応じて電極から熱供給を行う
が、しかし異種素材複合急冷磁石の場合は非磁性薄片が
急冷磁石粉末の自己発熱を促進するので電極からの熱流
がなくてもさしつかえない。このことは圧縮方向距離が
長くなる出力が大きいモータの回転子磁石の場合には、
圧縮方向の温度分布を均一にし、温度上昇速度を早める
利点となる。
【００１６】次に環状の異種素材複合急冷磁石を製造す
るプロセスを説明する。まず一対の電極５ａ，５ｂを介
して急冷磁石粉末と非磁性薄片との混合物９に２００〜
８００kgf／cm2の定荷重負荷による圧縮を加え放電を行
う。圧縮と放電によるエッチング効果で急冷磁石粉末と
非磁性薄片との混合物９のポテンシャルエネルギーは低
下する。この放電処理ののち定荷重負荷による圧縮を保
持したまま一対の電極５ａ，５ｂを介して急冷磁石粉末
と非磁性薄片との混合物９へ通電すると、ジュール熱の
発生で昇温が始まる。必要に応じて適宜使用する非磁性
薄片はジュール熱発生を促進する。定荷重負荷による圧
縮圧力下で急冷磁石粉末が結晶化温度以上に加熱される
と１０-1〜１０-2mm／ｓ、またはそれ以上の歪み速度で
塑性変形し緻密化する（このとき非磁性薄片が熱軟化す
ればダイ／コアとの剪断応力が緩和され緻密化を促進す
る効果が得られる）。
るプロセスを説明する。まず一対の電極５ａ，５ｂを介
して急冷磁石粉末と非磁性薄片との混合物９に２００〜
８００kgf／cm2の定荷重負荷による圧縮を加え放電を行
う。圧縮と放電によるエッチング効果で急冷磁石粉末と
非磁性薄片との混合物９のポテンシャルエネルギーは低
下する。この放電処理ののち定荷重負荷による圧縮を保
持したまま一対の電極５ａ，５ｂを介して急冷磁石粉末
と非磁性薄片との混合物９へ通電すると、ジュール熱の
発生で昇温が始まる。必要に応じて適宜使用する非磁性
薄片はジュール熱発生を促進する。定荷重負荷による圧
縮圧力下で急冷磁石粉末が結晶化温度以上に加熱される
と１０-1〜１０-2mm／ｓ、またはそれ以上の歪み速度で
塑性変形し緻密化する（このとき非磁性薄片が熱軟化す
ればダイ／コアとの剪断応力が緩和され緻密化を促進す
る効果が得られる）。
【００１７】歪み速度は昇温に伴う粘性低下で加速され
るが緻密化の進展によってピークを示し次第に小さな値
に推移する。歪み速度１０-3〜０mm／ｓｅｃ程度になっ
た時点で電流を遮断すれば急冷磁石粉末と非磁性薄片と
の混合物９はＨCJを維持したまま空隙率５％以下の異種
素材複合急冷磁石となる。なおＨCJ水準の維持には通電
焼結温度を７５０℃以下とすることや１０-1〜１０-3Ｔ
ｏｒｒの真空雰囲気中で行うことが望ましい。以上のよ
うに環状に形成した異種素材複合急冷磁石は樹脂磁石の
ような空隙はほとんどないフル密度磁石である。そして
非磁性薄片の熱膨張を９×１０-6℃以下とすれば、樹脂
磁石の３倍以上の圧環強度と高寸法精度を確保すること
ができる。
るが緻密化の進展によってピークを示し次第に小さな値
に推移する。歪み速度１０-3〜０mm／ｓｅｃ程度になっ
た時点で電流を遮断すれば急冷磁石粉末と非磁性薄片と
の混合物９はＨCJを維持したまま空隙率５％以下の異種
素材複合急冷磁石となる。なおＨCJ水準の維持には通電
焼結温度を７５０℃以下とすることや１０-1〜１０-3Ｔ
ｏｒｒの真空雰囲気中で行うことが望ましい。以上のよ
うに環状に形成した異種素材複合急冷磁石は樹脂磁石の
ような空隙はほとんどないフル密度磁石である。そして
非磁性薄片の熱膨張を９×１０-6℃以下とすれば、樹脂
磁石の３倍以上の圧環強度と高寸法精度を確保すること
ができる。
【００１８】次に本発明の実施例をより詳細に説明す
る。なお説明例では本発明の磁石積層型回転子として好
ましい磁気的に等方性の異種素材複合急冷磁石の場合を
示す。しかし高機械強度と高４πＩｒを実用的に整合さ
せたものであれば、通電焼結急冷磁石やラジアル方向に
磁気異方化した環状の希土類磁石であってもさしつかえ
ない。以下説明する。急冷磁石粉末は合金組成Ｎｄ13Ｆ
ｅ68Ｃｏ18Ｂ6の母合金をＡｒガス雰囲気中で高周波加
熱することにより溶融状態とし、周速度約５０ｍ／ｓｅ
ｃのＣｕロールに噴射するメルトスピニングで得る厚さ
３０μｍ程度の不定形薄帯を粉砕した５３〜３５０μｍ
の薄片である。また非磁性薄片は厚さ４±２μｍの５３
〜３５０μｍ、密度２．６０ｇ／cm3の不定形ガラス薄
片である。図３の通電焼結装置に上記急冷磁石粉末と非
磁性薄片との混合物９を充填し通電焼結した。成形型は
外径Φ５５mm、内径Φ４５mm×７０mmｈのサイアロン製
ダイ、外径Φ３８mm×７０mmｈの超硬合金製コア（ＪＩ
Ｓ Ｈ５５０１ Ｇ９）、先端にＢＮ（窒化ボロン）／
有機高分子膜を設けた外径Φ４５mm、内径Φ３８mm×３
０mmｈの一対の超硬合金製電極（ＪＩＳ Ｈ５５０１
Ｇ５）から構成した。電極を介して急冷磁石粉末と非磁
性薄片との混合物９へ２５０kgf／cm2の定荷重負荷の圧
縮圧力を加え１０-1〜１０-3Ｔｏｒｒの真空雰囲気を維
持した状態で放電処理した。
る。なお説明例では本発明の磁石積層型回転子として好
ましい磁気的に等方性の異種素材複合急冷磁石の場合を
示す。しかし高機械強度と高４πＩｒを実用的に整合さ
せたものであれば、通電焼結急冷磁石やラジアル方向に
磁気異方化した環状の希土類磁石であってもさしつかえ
ない。以下説明する。急冷磁石粉末は合金組成Ｎｄ13Ｆ
ｅ68Ｃｏ18Ｂ6の母合金をＡｒガス雰囲気中で高周波加
熱することにより溶融状態とし、周速度約５０ｍ／ｓｅ
ｃのＣｕロールに噴射するメルトスピニングで得る厚さ
３０μｍ程度の不定形薄帯を粉砕した５３〜３５０μｍ
の薄片である。また非磁性薄片は厚さ４±２μｍの５３
〜３５０μｍ、密度２．６０ｇ／cm3の不定形ガラス薄
片である。図３の通電焼結装置に上記急冷磁石粉末と非
磁性薄片との混合物９を充填し通電焼結した。成形型は
外径Φ５５mm、内径Φ４５mm×７０mmｈのサイアロン製
ダイ、外径Φ３８mm×７０mmｈの超硬合金製コア（ＪＩ
Ｓ Ｈ５５０１ Ｇ９）、先端にＢＮ（窒化ボロン）／
有機高分子膜を設けた外径Φ４５mm、内径Φ３８mm×３
０mmｈの一対の超硬合金製電極（ＪＩＳ Ｈ５５０１
Ｇ５）から構成した。電極を介して急冷磁石粉末と非磁
性薄片との混合物９へ２５０kgf／cm2の定荷重負荷の圧
縮圧力を加え１０-1〜１０-3Ｔｏｒｒの真空雰囲気を維
持した状態で放電処理した。
【００１９】さらに通電により発生するジュール熱で加
熱して緻密化させ環状の異種素材複合急冷磁石とした。
ただし放電処理はパルス幅２０ｍｓｅｃ、１０Ｖ直流電
圧の３０ｓ印加、続いての通電は電流密度４００Ａ／cm
2の直流定電流である。混合物９は通電による発熱と定
荷重負荷の圧縮圧力のもとで急速に粘性が低下し歪み速
度が増加する。しかし空隙率がおよそ１０％を切った時
点では歪み速度はピークを越え次第に小さな値になる。
歪み速度１０-3mm／ｓｅｃ以下の時点で通電電流を遮断
しダイの外表面温度が冷却に転じたのち真空雰囲気と圧
縮圧力を解除した。このプロセスによって得た異種素材
複合急冷磁石の寸法精度は外径Φ４５．００mm±０．０
１mm、内径Φ３８．００mm±０．０１mmであり、そのま
ま直接回転子に実装可能な形状を有していた。また５０
ｋＯｅパルス着磁時のＨCJは１６．０〜１６．５ｋＯ
ｅ、４πＩｒ≧７ｋＧであった。
熱して緻密化させ環状の異種素材複合急冷磁石とした。
ただし放電処理はパルス幅２０ｍｓｅｃ、１０Ｖ直流電
圧の３０ｓ印加、続いての通電は電流密度４００Ａ／cm
2の直流定電流である。混合物９は通電による発熱と定
荷重負荷の圧縮圧力のもとで急速に粘性が低下し歪み速
度が増加する。しかし空隙率がおよそ１０％を切った時
点では歪み速度はピークを越え次第に小さな値になる。
歪み速度１０-3mm／ｓｅｃ以下の時点で通電電流を遮断
しダイの外表面温度が冷却に転じたのち真空雰囲気と圧
縮圧力を解除した。このプロセスによって得た異種素材
複合急冷磁石の寸法精度は外径Φ４５．００mm±０．０
１mm、内径Φ３８．００mm±０．０１mmであり、そのま
ま直接回転子に実装可能な形状を有していた。また５０
ｋＯｅパルス着磁時のＨCJは１６．０〜１６．５ｋＯ
ｅ、４πＩｒ≧７ｋＧであった。
【００２０】別に熱軟化温度５８５℃の低融ガラスを急
冷磁石粉末に混合し環状に通電焼結した異種素材複合急
冷磁石、および３ｗｔ％のエポキシ樹脂と混合し７ｔｏ
ｎ／cm2で環状に圧縮したのち樹脂硬化して得た密度
５．８０ｇ／cm3の樹脂磁石を用意した。
冷磁石粉末に混合し環状に通電焼結した異種素材複合急
冷磁石、および３ｗｔ％のエポキシ樹脂と混合し７ｔｏ
ｎ／cm2で環状に圧縮したのち樹脂硬化して得た密度
５．８０ｇ／cm3の樹脂磁石を用意した。
【００２１】外径Φ４５mm／内径Φ３８mmの異種素材複
合急冷磁石および樹脂磁石を積層電磁鋼板２の外周面に
エポキシ樹脂を使用して実装し図１のような磁石積層型
回転子を作成した。ただし、積層電磁鋼板２は外径Φ３
８mm、内径Φ１０mm、板厚０．５mmの電磁鋼板を１３８
枚積層したものである。また磁石の軸方向全長は６９mm
である。
合急冷磁石および樹脂磁石を積層電磁鋼板２の外周面に
エポキシ樹脂を使用して実装し図１のような磁石積層型
回転子を作成した。ただし、積層電磁鋼板２は外径Φ３
８mm、内径Φ１０mm、板厚０．５mmの電磁鋼板を１３８
枚積層したものである。また磁石の軸方向全長は６９mm
である。
【００２２】上記磁石をラジアル方向に磁化した４極、
磁石積層型回転子を搭載したブラシレスモータの３００
０ｒｐｍでの誘起電圧とＰＷＭ駆動での効率を測定した
結果を図４に示す。なお測定値はＰＷＭ駆動電源回路、
モータ固定子はすべて共用して求めたものである。図４
は軸方向全長６９mmの積層磁石の分割数、すなわち積層
した磁石の個数に対する誘起電圧Ｖ3000とＰＷＭ駆動の
効率η3000PWM.の関係を示す特性図である。図のように
誘起電圧はほぼ一定である。一方の効率は磁石の軸方向
厚みが７mm（分割数１０）を超えると急激に低下し２３
mmでは１５％以上の低下となる。ただし磁石間の抵抗は
１０-2Ω以上必要で１０-3Ωでは磁石の軸方向厚みを７
mm以下にしても効率の顕著な回復がない。すなわち磁石
積層型回転子において磁石分割は磁石の軸方向厚みが７
mm以下の環状磁石群を磁石間抵抗を１０-2Ω以上とする
ことが要件となる。
磁石積層型回転子を搭載したブラシレスモータの３００
０ｒｐｍでの誘起電圧とＰＷＭ駆動での効率を測定した
結果を図４に示す。なお測定値はＰＷＭ駆動電源回路、
モータ固定子はすべて共用して求めたものである。図４
は軸方向全長６９mmの積層磁石の分割数、すなわち積層
した磁石の個数に対する誘起電圧Ｖ3000とＰＷＭ駆動の
効率η3000PWM.の関係を示す特性図である。図のように
誘起電圧はほぼ一定である。一方の効率は磁石の軸方向
厚みが７mm（分割数１０）を超えると急激に低下し２３
mmでは１５％以上の低下となる。ただし磁石間の抵抗は
１０-2Ω以上必要で１０-3Ωでは磁石の軸方向厚みを７
mm以下にしても効率の顕著な回復がない。すなわち磁石
積層型回転子において磁石分割は磁石の軸方向厚みが７
mm以下の環状磁石群を磁石間抵抗を１０-2Ω以上とする
ことが要件となる。
【００２３】（表１）は磁石積層型回転子の誘起電圧、
効率に対する異種素材の影響を示す。ただし磁石は軸方
向厚み２３mmであり、異種素材１ｗｔ％当たりの効率と
誘起電圧への影響で示した。効率への効果を異種素材の
体積分率で比較すれば非磁性薄片と低融ガラスとに顕著
な差はない。しかし低融ガラスなど急冷磁石粉末を被覆
する構成では被覆材が磁石回転子のラジアル方向磁化で
の非磁性狭雑物として作用するので誘起電圧の低下度が
大きい。すなわち本発明で言う非磁性薄片を層間配列す
る方式が高効率化と高出力化の目的に合致している。
効率に対する異種素材の影響を示す。ただし磁石は軸方
向厚み２３mmであり、異種素材１ｗｔ％当たりの効率と
誘起電圧への影響で示した。効率への効果を異種素材の
体積分率で比較すれば非磁性薄片と低融ガラスとに顕著
な差はない。しかし低融ガラスなど急冷磁石粉末を被覆
する構成では被覆材が磁石回転子のラジアル方向磁化で
の非磁性狭雑物として作用するので誘起電圧の低下度が
大きい。すなわち本発明で言う非磁性薄片を層間配列す
る方式が高効率化と高出力化の目的に合致している。
【００２４】
【表１】 したがって非磁性薄片を必要に応じて適宜混合した異種
素材複合急冷磁石を磁石積層型回転子の磁石群に１個以
上加えることは高効率化と高出力化が整合する範囲であ
れば何らさしつかえない。
素材複合急冷磁石を磁石積層型回転子の磁石群に１個以
上加えることは高効率化と高出力化が整合する範囲であ
れば何らさしつかえない。
【００２５】（表２）は本発明の磁石積層型回転子を搭
載したブラシレスモータの３０００ｒｐｍでの誘起電圧
とＰＷＭ駆動での効率の代表値を同一寸法形状の樹脂磁
石回転子およびＳｔフェライト磁石回転子の場合と比較
して示す。表中（ ）内の数値は樹脂磁石回転子基準で
比較したものである。また強度は抗折力で示す。表のよ
うに本発明例の磁石積層型回転子はモータの高効率化と
高出力化に対して有効であるばかりか高強度と高寸法精
度とをかね備えた磁石回転子と言える。
載したブラシレスモータの３０００ｒｐｍでの誘起電圧
とＰＷＭ駆動での効率の代表値を同一寸法形状の樹脂磁
石回転子およびＳｔフェライト磁石回転子の場合と比較
して示す。表中（ ）内の数値は樹脂磁石回転子基準で
比較したものである。また強度は抗折力で示す。表のよ
うに本発明例の磁石積層型回転子はモータの高効率化と
高出力化に対して有効であるばかりか高強度と高寸法精
度とをかね備えた磁石回転子と言える。
【００２６】
【表２】 以上モータ特性は回転数３０００ｒｐｍの誘起電圧と効
率とで説明したが、１０００〜９０００ｒｐｍの実用回
転領域で本発明例の磁石積層型回転子は高効率化と高出
力化に対して有効である。
率とで説明したが、１０００〜９０００ｒｐｍの実用回
転領域で本発明例の磁石積層型回転子は高効率化と高出
力化に対して有効である。
【００２７】
【発明の効果】本発明のモータの磁石積層型回転子は、
とくに希土類−鉄系合金の急冷磁石粉末と、該粉末を迅
速にフル密度磁石化する通電焼結に着目したものであ
る。この磁石は高いＢｒ、機械強度、寸法精度を備えて
いる。このような環状に形成した磁石をラジアル磁化方
向に対して特定の範囲で分割実装することによりＰＷＭ
駆動のブラシレスモータの磁石回転子としてモータの高
出力化と高効率化を整合させたものである。
とくに希土類−鉄系合金の急冷磁石粉末と、該粉末を迅
速にフル密度磁石化する通電焼結に着目したものであ
る。この磁石は高いＢｒ、機械強度、寸法精度を備えて
いる。このような環状に形成した磁石をラジアル磁化方
向に対して特定の範囲で分割実装することによりＰＷＭ
駆動のブラシレスモータの磁石回転子としてモータの高
出力化と高効率化を整合させたものである。
【図１】本発明のモータの磁石積層型回転子の一部切欠
斜視図
斜視図
【図２】異種素材複合急冷磁石の断面の金属組織図
【図３】通電焼結装置の要部構成図
【図４】環状磁石の軸方向分割数に対するブラシレスモ
ータの誘起電圧と効率の関係を示す特性図
ータの誘起電圧と効率の関係を示す特性図
１ 希土類磁石（通電焼結急冷磁石、異種素材複合急冷
磁石） ２ 積層電磁鋼板 ３ 軸
磁石） ２ 積層電磁鋼板 ３ 軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土肥 裕司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】軸方向厚みが７mm以下の環状の希土類磁石
を複数個積層しラジアル方向に磁化した、磁石間の電気
抵抗が１０-2オーム以上である、モータの磁石積層型回
転子。 - 【請求項２】積層した環状の磁石が、希土類−鉄系合金
の急冷磁石粉末を通電焼結した等方性の通電焼結急冷磁
石である請求項１記載のモータの磁石積層型回転子。 - 【請求項３】積層した環状の磁石の、１個以上が非磁性
電気絶縁性薄片で急冷磁石粉末を分割した異種素材複合
急冷磁石である請求項１または２記載のモータの磁石積
層型回転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4027364A JPH05199686A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | モータの磁石積層型回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4027364A JPH05199686A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | モータの磁石積層型回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05199686A true JPH05199686A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=12218998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4027364A Pending JPH05199686A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | モータの磁石積層型回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05199686A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0844722A1 (de) * | 1996-11-25 | 1998-05-27 | Magnet-Motor Gesellschaft für magnetmotorische Technik mbH | Dauermagnetisch erregte elektrische Maschine mit Rotorrückschluss |
| EP0872945A1 (en) * | 1997-04-14 | 1998-10-21 | General Motors Corporation | Method of assembling a magnet ring on a rotor |
| JP2011259701A (ja) * | 2007-06-29 | 2011-12-22 | Nissan Motor Co Ltd | 界磁極用磁石体、この界磁用磁石体の作製方法、及び永久磁石型回転電機 |
| WO2019189143A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 愛知製鋼株式会社 | 電動機および界磁子 |
| KR102254190B1 (ko) | 2020-09-16 | 2021-05-21 | 성림첨단산업(주) | 자기 이방성 희토류 영구자석 제조방법 및 이를 통해 제조된 자기 이방성 희토류 영구자석 |
-
1992
- 1992-01-17 JP JP4027364A patent/JPH05199686A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0844722A1 (de) * | 1996-11-25 | 1998-05-27 | Magnet-Motor Gesellschaft für magnetmotorische Technik mbH | Dauermagnetisch erregte elektrische Maschine mit Rotorrückschluss |
| EP0872945A1 (en) * | 1997-04-14 | 1998-10-21 | General Motors Corporation | Method of assembling a magnet ring on a rotor |
| JP2011259701A (ja) * | 2007-06-29 | 2011-12-22 | Nissan Motor Co Ltd | 界磁極用磁石体、この界磁用磁石体の作製方法、及び永久磁石型回転電機 |
| WO2019189143A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 愛知製鋼株式会社 | 電動機および界磁子 |
| US11362557B2 (en) | 2018-03-30 | 2022-06-14 | Aichi Steel Corporation | Electric motor and field element |
| KR102254190B1 (ko) | 2020-09-16 | 2021-05-21 | 성림첨단산업(주) | 자기 이방성 희토류 영구자석 제조방법 및 이를 통해 제조된 자기 이방성 희토류 영구자석 |
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