JPH0750654B2 - 磁石回転子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラシレス直流モータ、
ステッピングモータ、ロータリエンコーダ等に用いられ
る磁石回転子及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の磁石回転子の構造を示して
いる。従来は、鋳造によって円筒状の未着磁磁極ユニッ
トを作り、この未着磁磁極ユニットを図７に示すような
多極着磁器を用いて着磁することによりＮ磁極とＳ磁極
とが周方向に交互に並ぶ磁石回転子を製造するのが一般
的であった。この多極着磁器では、円筒状の着磁ヨーク
１０１の内周側に磁極数に応じた数の着磁先端ヨーク１
０２…が突設され、この着磁先端ヨークにそれぞれ極性
を定めた着磁コイル１０３が巻装されている。着磁を行
う場合には、着磁先端ヨーク１０２…によって囲まれる
空間内に未着磁磁極ユニットを挿入し、着磁コイル１０
３に励磁電流を流す。またセンサ用磁石回転子のよう
に、Ｎ磁極とＳ磁極の磁束密度が高くしかも磁極の位置
について高い位置精度が要求されるものでは、高精度イ
ンデックステーブルを使用してマグネット外周に１極づ
つ着磁することも行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】多極着磁器を用いて着
磁する場合の磁束分布は、図８に示す通りであり、この
図から判るように、磁束の大部分は未着磁磁極ユニット
の最内径端部まで到達せずに、隣接する他の極性の着磁
極側へと磁束が流れてしまう。そのため未着磁磁極ユニ
ットの磁性材料及び性能を有効に利用することできず、
着磁された磁石回転子から得られる磁束の磁束量は磁性
材料の量及び性能と比較して不十分であった。またＮ磁
極とＳ磁極の境界が明確にならない問題があった。Ｎ磁
極とＳ磁極の境界を明瞭にするためには、前述のセンサ
用磁石回転子のように１極ずつ着磁しなければならず、
着磁作業が非常に面倒であった。

【０００４】本発明の目的は、磁性材料及びその性能を
有効に活用して、同じ材料で従来よりも磁力の強い磁石
回転子及びその製造方法提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、Ｎ磁
極とＳ磁極とが周方向に交互に並ぶ磁石回転子を、Ｎ磁
極ユニットとＳ磁極ユニットとから構成する。Ｎ磁極ユ
ニットは、環状の取付け領域を有する基部及び周方向に
所定の間隔をあけて該基部の取付け領域から軸線方向に
延びる複数の磁極片を有し、複数の磁極片が径方向外側
面にＮ極が表れるように磁化されている。またＳ磁極ユ
ニットは、環状の取付け領域を有する基部及び周方向に
所定の間隔をあけて該基部の取付け領域から軸線方向に
延びる複数の磁極片を有し、複数の磁極片が径方向外側
面にＳ極が表れるように磁化されている。本発明では、
これらのＮ磁極ユニットとＳ磁極ユニットとを軸線を共
有させ且つ両ユニットの複数の磁極片が周方向に交互に
並ぶように組み合わせる。請求項２の発明では、Ｎ磁極
ユニット及びＳ磁極ユニットを、パウダー磁石粉を主た
る原材料として粉体成形技術またはモールド成形技術に
より一体に成形する。

【０００６】請求項３の発明は磁石回転子の製造方法の
発明であって、本発明では環状の取付け領域を有する基
部及び周方向に所定の間隔をあけて該基部の取付け領域
から軸線方向に延びる複数の磁極片を有する未着磁磁極
ユニットを一体成形し、また未着磁磁極ユニットの複数
の磁極片を径方向に分極するように着磁して、複数の磁
極片の径方向外側面にＮ極が表れるように磁化されたＮ
磁極ユニットと前記複数の磁極片の径方向外側面にＳ極
が表れるように磁化されたＳ磁極ユニットとを作る。そ
してＮ磁極ユニットの軸線とＳ磁極ユニットの軸線とを
一致させ且つ両ユニットの複数の磁極片が周方向に交互
に並ぶように両ユニットを組み合わせて磁石回転子を製
造する。

【０００７】請求項４の発明は、請求項３の発明の製造
方法で用いる着磁器を特定するものであって、着磁器は
未着磁磁極ユニットの複数の磁極片によって囲まれる空
間内に挿入される単極着磁ヨークと、単極着磁ヨークと
磁気的に結合されて複数の磁極片を外側から囲むように
配置される外径着磁ヨークと、単極着磁ヨークと外径着
磁ヨークとを磁気的に結合する結合ヨークと、単極着磁
ヨーク、外径着磁ヨーク及び結合ヨークを含む磁気回路
に磁束を供給する励磁コイルとを具備する。

【０００８】

【作用】請求項１及び３の発明のように、Ｎ磁極ユニッ
トとＳ磁極ユニットとを別個に構成すると、各磁極ユニ
ットの磁極片は同一極性に着磁すればよいことになるた
め、各磁極片を厚み方向に完全に着磁することができ、
磁極片の磁性材料及び性能を有効に活用して、同じ材料
で従来よりも磁力の強い磁石回転子を得ることができ
る。

【０００９】請求項２の発明のように、Ｎ磁極ユニット
及びＳ磁極ユニットとして、パウダー磁石粉を主たる原
材料として粉体成形技術またはモールド成形技術により
一体に成形したものを用いると、複雑な切削加工を必要
とすることなく且つ磁極の配列精度を高くして、複雑な
形状の磁極ユニットを安価に得ることができる。

【００１０】各磁極ユニットを磁化する場合、各磁極ユ
ニットの磁極片は同一極性に磁化すればよいため、着磁
器の構成が簡単になる。特に請求項４の発明で特定する
着磁器を用いると、設計変更容易な簡単な構成で、各磁
極ユニットの磁極片を十分に着磁することができる。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１（Ａ）は本発明の磁石回転子の斜視図を
示しており、図１（Ｂ）はＳ磁極ユニットの斜視図を示
している。Ｎ磁極ユニット１及びＳ磁極ユニット２は、
円環状基部１ａ及び２ａを有しており、円環状基部１ａ
及び２ａの軸線方向の一方の端面（環状の取付け領域）
からは、周方向に所定の間隔をあけて複数の磁極片１ｂ
…及び２ｂ…が軸線方向に延びている。複数の磁極片１
ｂ…及び２ｂ…の断面形状は、円弧状を有しており、そ
の厚みは円環状基部１ａ及び２ａの厚みと同じである。
Ｎ磁極ユニット１の複数の磁極片１ｂ…の間に形成され
るスペースの形状は、Ｓ磁極ユニット２の複数の磁極片
２ｂ…が嵌合し得る形状を有しており、またＳ磁極ユニ
ット２の複数の磁極片２ｂ…の間に形成されるスペース
の形状は、Ｎ磁極ユニット１の複数の磁極片１ｂ…が嵌
合し得る形状を有している。

【００１２】両磁極ユニットの製造方法は任意である
が、大量生産を安価に行うためには、粉体成形技術また
はモールド成形技術を利用するのが好ましい。粉体成形
技術を用いる場合には、パウダー磁石粉とバインダとを
混合した原材料を磁極ユニットの型の中にインジェクシ
ョンして成形品を作り、この成形品を乾燥した後に、所
定の温度の加熱炉内に焼き上げて磁極ユニットを製造す
ることができる。モールド成形技術を用いる場合には、
プラスチック樹脂中にパウダー磁石粉を混練し、磁極ユ
ニットの型の中にインジェクションし、プラスッチク樹
脂を硬化させることにより磁極ユニットを製造すること
ができる。なおバインダまたはプラスッチク樹脂は、で
きるだけ磁石性能を低下させないものを選ぶ必要がある
が、もしバインダまたはプラスッチク樹脂として磁石性
能に多少影響を与えざるを得ないものを用いる場合に
は、高性能材料を用いればよい。特にモルード成形技術
を用いる場合には、パウダー磁石粉の材料として希土類
磁石や、ネオジウム材等の高性能材料を用いることがで
きる。

【００１３】Ｎ磁極ユニット１とＳ磁極ユニット２は、
軸線を共有し且つ両ユニットの複数の磁極片が周方向に
交互に並ぶように組み合わされており、両ユニット１及
び２が組み合わされた状態で円筒状の磁石回転子が構成
される。なお両ユニット１及び２の結合は、接着剤を用
いてもよいが、磁石回転子の中心に配置される回転軸に
一対の締付部品を取付けて、一対の締付部品を軸線方向
内側に向かって締め付けることにより、両ユニット１及
び２を結合させるようにしてもよい。なおこの場合、締
付部品は、両ユニット１及び２の環状基部１ａ及び１ｂ
に嵌合し且つ図示しない回転軸に固定される構造とすれ
ばよい。

【００１４】両磁極ユニット１及び２を着磁するために
用いる着磁器は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように単
極着磁ヨーク３と、外径着磁ヨーク４と、結合ヨーク５
と励磁コイル６とを具備して構成されている。単極着磁
ヨーク３は、未着磁磁極ユニット７の複数の磁極片７ｂ
…によって囲まれる空間内に挿入される円柱状部３ａと
励磁コイル６が巻装されるコイル巻装部３ｂとからな
り、円柱状部３ａとコイル巻装部３ｂとの間に形成され
た段部に、未着磁磁極ユニット７の環状基部７ａの端面
が当接した状態で未着磁磁極ユニット７が配置される。
結合ヨーク５は断面形状がコの字状を呈しており、凹部
５ａの中央部に単極着磁ヨーク３が一体に設けられてい
る。外径着磁ヨーク４は、一対のヨーク半部４ａ及び４
ｂから構成され、これらのヨーク半部４ａ及び４ｂの対
向端面部には、単極着磁ヨークに嵌合した未着磁磁極ユ
ニット７の外周面と接触する湾曲した接触面４ａ1 及び
４ｂ1 が形成されている。外径着磁ヨーク４のヨーク半
部４ａ及び４ｂは、結合ヨーク５の上方端面上を摺動す
るように構成されており、図２（Ｂ）に示すように、組
み立てられた状態において、単極着磁ヨーク３→結合ヨ
ーク５→外径着磁ヨーク４のヨーク半部４ａ及び４ｂ→
未着磁磁極ユニット７の磁極片７ｂ…→単極着磁ヨーク
３の磁路で励磁用磁束φが流れる磁気回路が構成され
る。未着磁磁極ユニット７の磁極片７ｂ…をＮ極に着磁
するかまたはＳ極に着磁するかは、励磁コイルに流す電
流の方向を変えることにより簡単に変更することができ
る。

【００１５】この着磁器は、励磁コイル６が１個でよ
く、しかも従来の着磁器と比べて構造が簡単であるた
め、コイルの寸法、巻線の設計変更の自由度が高く、磁
極ユニットに使用する磁性材料を磁化させるのに必要な
磁化力を簡単に得ることができる。この着磁器を用いて
着磁したＮ磁極ユニットとＳ磁極ユニットとを組み立て
て作った磁石回転子の磁束分布は図３に示すようにな
る。この図から判るように、各磁極片は径方向の中心に
向かって磁化されている。

【００１６】次に本発明の磁石回転子を用いた電機機器
における磁路構成について説明する。図４（Ａ）は本発
明の実施例の磁石回転子をステッピングモータに用いた
場合の磁路構成である。この同図において８はステータ
であり、９はステータ８の各磁極に巻装されたステータ
コイルである。１０はロータであり、ロータ１０は、回
転軸１１に円環状のロータヨーク１２が固定され、この
ロータヨーク１２に磁石回転子１３が嵌合されて構成さ
れている。本発明の実施例の磁石回転子では、着磁後の
磁石回転子１３の各磁極片から出る磁束は磁極片の厚み
方向を貫通するように発生するため、各磁極片から出る
磁束はロータヨーク１２を通り隣接する異極の磁極片を
通って流れる良好な磁束経路φo が得られる。これに対
して従来の磁石回転子を用いた場合には、図４（Ｂ）に
示すように、磁石回転子１３´が内径近傍では大部分未
着磁状態であるため、磁束経路φ1 はロータヨーク１２
を通らずに磁石回転子１３´の内部を通るように形成さ
れてしまう。

【００１７】図５（Ａ）は本発明の実施例の磁石回転子
をブラシレス直流モータに応用した場合の磁束経路を説
明するための概略図である。この例でも、本実施例の磁
石回転子を用いると各磁極片から出る磁束はロータヨー
ク１２を通り隣接する異極の磁極片を通って流れる良好
な磁束経路φo が得られる。図５（Ｂ）は従来の磁石回
転子を用いたブラシレス直流モータに適用した場合の磁
束経路φ1 を説明するための概略図である。

【００１８】上記実施例において、円環状基部１ａ及び
２ａを用いているため、磁極片が取り付けられる取付け
領域を構成する円環状基部の端面はそのままで環状にな
っているが、基部は環状であることを必要としない。例
えば、円環状基部１ａ及び２ａの磁極片が延びでない端
部が回転軸貫通孔を除いて閉塞されていてもよ。また中
心に回転軸貫通孔を有する円板を基部として用いる場合
には、磁極片が延び出る部分をつなげた領域が環状の取
付け領域となる。

【００１９】上記実施例の磁石回転子は、ステータの内
側で回転する内転型の磁石回転子であるが、本発明はス
テータの外側で回転する外転型の磁石回転子にも当然に
して適用できるものである。

【００２０】

【発明の効果】請求項１及び３の発明によれば、Ｎ磁極
ユニットとＳ磁極ユニットとを別個に構成するため、各
磁極ユニットの磁極片は同一極性に着磁すればよいこと
になり、各磁極片を厚み方向に完全に着磁することがで
きて、磁極片の磁性材料及び性能を有効に活用して同じ
材料で従来よりも極性の強い磁石回転子を得ることがで
きる利点がある。

【００２１】請求項２の発明によれば、Ｎ磁極ユニット
及びＳ磁極ユニットとして、パウダー磁石粉を主たる原
材料として粉体成形技術またはモールド成形技術により
一体に成形したものを用いるため、複雑な切削加工を必
要とすることなく且つ磁極の配列精度を高くして、複雑
な形状の磁極ユニットを安価に得ることができる利点が
ある。

【００２２】請求項４の発明によれば、設計変更容易な
簡単な構成の着磁器を用いて、各磁極ユニットの磁極片
を十分に着磁できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の磁石回転子の一実施例の斜視
図であり、（Ｂ）は磁極ユニットの斜視図である。

【図２】（Ａ）は着磁器の概略斜視図であり、（Ｂ）は
磁路を説明するための断面構造図である。

【図３】図１（Ａ）の磁石回転子の各磁極片からでる磁
束分布状態を説明する説明図である。

【図４】（Ａ）は本発明の実施例の磁石回転子をステッ
ピングモータに適用した場合の磁束経路を説明するため
の図であり、（Ｂ）は従来の磁石回転子をステッピング
モータに適用した場合の磁束経路を説明するための図で
ある。

【図５】（Ａ）は本発明の実施例の磁石回転子をブラシ
レス直流モータに適用した場合の磁束経路を説明するた
めの図であり、（Ｂ）は従来の磁石回転子をブラシレス
直流モータに適用した場合の磁束経路を説明するための
図である。

【図６】従来の磁石回転子を示す斜視図である。

【図７】従来の磁石回転子を着磁する多極着磁器の概略
斜視図である。

【図８】従来の磁石回転子を多極着磁器を用いて着磁し
た場合の磁束部分を説明するための図である。

【符号の説明】

１ Ｎ磁極ユニット ２ Ｓ磁極ユニット １ａ，２ａ 円環状基部 １ｂ，２ｂ 磁極片 ３ 単極着磁ヨーク ４ 外径着磁ヨーク ５ 結合ヨーク ６ 励磁コイル６ ７ 未着磁磁極ユニット ８ ステータ ９ 巻線 １０ ロータ １１ 回転軸 １２ ロータヨーク １３，１３´ 磁石回転子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎ磁極とＳ磁極とが周方向に交互に並ぶ磁
   石回転子であって、 環状の取付け領域を有する基部及び周方向に所定の間隔
   をあけて前記基部の前記取付け領域から軸線方向に延び
   る複数の磁極片を有し、前記複数の磁極片が径方向外側
   面にＮ極が表れるように磁化されたＮ磁極ユニットと、 環状の取付け領域を有する基部及び周方向に所定の間隔
   をあけて前記基部の前記取付け領域から軸線方向に延び
   る複数の磁極片を有し、前記複数の磁極片が径方向外側
   面にＳ極が表れるように磁化されたＳ磁極ユニットとを
   具備し、 前記Ｎ磁極ユニットと前記Ｓ磁極ユニットとが軸線を共
   有し且つ両ユニットの前記複数の磁極片が周方向に交互
   に並ぶように組み合わされてなる磁石回転子。
2. 【請求項２】前記Ｎ磁極ユニット及びＳ磁極ユニット
   は、パウダー磁石粉を主たる原材料として粉体成形技術
   またはモールド成形技術により一体に成形されたもので
   ある請求項１に記載の磁石回転子。
3. 【請求項３】環状の取付け領域を有する基部及び周方向
   に所定の間隔をあけて前記基部の前記取付け領域から軸
   線方向に延びる複数の磁極片を有する未着磁磁極ユニッ
   トを一体成形する工程と、 前記未着磁磁極ユニットの前記複数の磁極片を径方向に
   分極するように着磁して、前記複数の磁極片の径方向外
   側面にＮ極が表れるように磁化されたＮ磁極ユニットと
   前記複数の磁極片の径方向外側面にＳ極が表れるように
   磁化されたＳ磁極ユニットとを作る着磁工程と、 前記Ｎ磁極ユニットの軸線と前記Ｓ磁極ユニットの軸線
   とを一致させ且つ両ユニットの前記複数の磁極片が周方
   向に交互に並ぶように両ユニットを組み合わせる組み合
   わせ工程とからなる磁石回転子の製造方法。
4. 【請求項４】前記着磁工程で用いる着磁器は、 前記未着磁磁極ユニットの前記複数の磁極片によって囲
   まれる空間内に挿入される単極着磁ヨークと、 前記単極着磁ヨークと磁気的に結合されて前記複数の磁
   極片を外側から囲むように配置される外径着磁ヨーク
   と、 前記単極着磁ヨークと前記外径着磁ヨークとを磁気的に
   結合する結合ヨークと、 前記単極着磁ヨーク，前記外径着磁ヨーク及び結合ヨー
   クを含む磁気回路に磁束を供給する励磁コイルとを具備
   して構成されている請求項３に記載の磁石回転子の製造
   方法。