JPH0993845A

JPH0993845A - 表面磁石型ロータ

Info

Publication number: JPH0993845A
Application number: JP7270601A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Mita; 正裕三田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】温度特性の悪い（温度係数が大きい）Ｒ−ＴＭ
−Ｂ系永久磁石を使用しても、温度上昇による磁気特性
の劣化を防止可能な表面磁石型ロータを提供することに
ある。【構成】リング磁石４の内周側に緩衝剤層６を介してロ
ータコア３を固着すると共に、リング磁石４の径方向に
おける熱膨張係数が負でありかつロータコア３の熱膨張
係数が正である表面磁石型ロータ２であって、温度上昇
と共に、リング磁石４の動作点のパーミアンス係数が大
となるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばサーボモー
ター、スピンドルモーター等に用いられる表面磁石型ロ
ータに関する。特に、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系磁石（ここで、Ｒ
はＹを含むＮｄ、Ｄｙ等の希土類元素の１種または２種
以上、Ｂはボロン元素、ＴＭは鉄または鉄およびコバル
ト元素を主体とする合金からなる。）からなる永久磁石
を使用した表面磁石型ロータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ロボット、ＮＣ工作機械等に
おいて可動部材や非加工物の位置決めおよび速度制御用
としてサーボモータ等が使用されている。このモータの
界磁発生手段に永久磁石を使用し、外部から界磁エネル
ギーの供給を必要としない永久磁石界磁方式のモータ
は、巻線界磁方式のモータに比べて効率が良いため、そ
の省エネルギー性により小型モータあるいはロボット用
のサーボモータなどに多数使用されている。

【０００３】この界磁発生手段として使用される永久磁
石として、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系の希土類磁石が高磁気特性を
有するものとして注目されている。Ｒ−ＴＭ−Ｂ系磁石
は優れた磁気特性に加えて、機械的強度が大きく、脆く
なく焼結の収縮に伴う内部応力にも耐え得る。従って、
製造が困難と考えられていたリング磁石の径方向に放射
状に磁気異方性が付与されたラジアル異方性や多極異方
性等のリング磁石の製造が容易となり、モーターの高出
力化・小型化が実現できるようになった。これに関連す
る技術として、例えば、特開昭５６−１１４３０９号、
特開平６−３８４１７号、特開平５−２２８８０号、特
開平６−３８４１４号、特開平６−７０４９５号、特開
平６−９８４８９号等が挙げられる。

【０００４】そして、上記Ｒ−ＴＭ−Ｂ系ラジアル異方
性焼結磁石（その代表例として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ラジ
アル異方性焼結磁石がある。）は、従来のＳｍ−Ｃｏ系
のラジアル異方性焼結磁石が割れてしまうのに対し、非
常に割れにくいとされている。その理由としては、Ｎｄ
−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の機械的強度が、曲げ強さ２５０
ＭＰａ，引っ張り強さ８０ＭＰａであって、Ｓｍ−Ｃｏ
系焼結磁石の１２０Ｍｐａ，４５ＭＰａに比べてほぼ倍
であることが挙げられる。さらに、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁
石合金はＳｍ−Ｃｏ系磁石合金ほどの脆さを持っていな
いことから、焼結の収縮にともなう内部応力に耐えるこ
とができることもその理由の一つであると考えられる。
このような理由から、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系磁石は、ラジアル
異方性焼結磁石にしても極めて割れにくいとされてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような利点を有
するＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石だが、他材質の永久磁石に
比較して例えば残留磁束密度（以後Ｂｒと記す。）等の
温度係数が大きく、高温側では磁気特性が急激に劣化す
るという問題点を有する。例えば、電気自動車等に用い
られるブラシレスＤＣモータを例にとると、その使用温
度範囲は、−４０℃〜２００℃程度にもなるので、上記
モータに組込まれたＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石の高温側で
の熱減磁による磁気特性の急激な劣化は大きな問題であ
る。

【０００６】そこで、本発明は、前記従来技術の問題点
に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、磁
石特性に関して温度特性の悪い（例えばＢｒ等の温度係
数が大きい）Ｒ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石を使用しても、温
度上昇によるモータ特性の劣化を抑制可能な表面磁石型
ロータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、リング磁石の内周側に緩衝剤層を介し
てロータコアを固着すると共に、前記リング磁石の径方
向における熱膨張係数が負でありかつ前記ロータコアの
径方向における熱膨張係数が正である表面磁石型ロータ
において、温度上昇と共に、前記リング磁石の動作点の
パーミアンス係数が大となるように構成した。また、前
記リング磁石として、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系磁石（ここで、Ｒ
はＹを含むＮｄ、Ｄｙ等の希土類元素の１種または２種
以上、Ｂはボロン元素、ＴＭは鉄または鉄およびコバル
ト元素を主体とする合金からなる。）からなるラジアル
異方性または極異方性磁石を使用した。ここで、前記ラ
ジアル異方性または極異方性磁石は焼結磁石であっても
ボンド磁石であってもよい。また、前記緩衝剤層の厚み
を、２０〜１０００μｍの範囲内に設定した。さらに、
低温度（Ｔ１）におけるリング磁石の径方向の磁石厚み
をＬｍ、低温度（Ｔ１）におけるギャップ厚み（すなわ
ち、緩衝剤層の厚みとステータとロータ間の空隙の和）
をＬｇ’、リング磁石の低温度（Ｔ１）から高温度（Ｔ
２）に至るＢｒの可逆温度係数をＫ１，（ロータコアの
径方向の熱膨張係数）−（リング磁石の径方向の熱膨張
係数）＝Ｋ２、低温度（Ｔ１）におけるロータの直径を
Ｄとした時に、（Ｌｍ＋１．０５Ｌｇ’）／（１．０５Ｄ）≧（−Ｋ２
／Ｋ１）の関係式を満足させるようにした。また、（Ｌｍ＋１．
０５Ｌｇ’）／（１．０５Ｄ）＝Ａ（−Ｋ２／Ｋ１）で
あり、かつ相関係数Ａが３≦Ａ≦５を満たすようにし
た。

【０００８】上記本発明では、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系のリング
磁石が磁気異方性化すなわち、ラジアル異方性または極
異方性の付与によって径方向の熱膨張係数が負になるこ
と、および内部のロータコア（強磁性のものが好まし
い。）は径方向の熱膨張係数が正であることを利用し
て、表面磁石型ロータを構成するリング磁石の温度上昇
によるモータ特性の劣化分を、パーミアンス係数の増加
による増磁分で補償し得るようにした。すなわち、本発
明では、リング磁石の内周側に緩衝剤層を介してロータ
コアを固着した。このような構成の下、温度が上昇する
と、径方向において負の熱膨張係数を有するリング磁石
は内径側に収縮する。一方、径方向において正の熱膨張
係数を有する内部のロータコアは、外径側に膨張する。
この結果、緩衝剤層の厚み（リング磁石と内部のロータ
コア間のギャップ間隔）が減少する。なお、緩衝剤層は
リング磁石とロータコアの熱膨張および熱収縮を破断す
ることなく伸縮自在に吸収し得る応力−変位特性を有す
る公知の接着剤で構成される。このようにして緩衝剤層
の厚みが減少するとリング磁石とロータコア間の磁気抵
抗が減少して、ロータに組込まれたリング磁石の動作点
におけるパーミアンス係数が大きくなる分増磁し、温度
上昇によるリング磁石の磁気特性の低下が補償される。
このように、本発明では、温度上昇と共にリング磁石と
内部のロータコアとの間のギャップ間隔（緩衝剤層の厚
み）が減少することに着目して、温度上昇による表面磁
石型ロータの磁気特性の劣化を抑制し得る。

【０００９】上記Ｒ−ＴＭ−Ｂ系のリング磁石として
は、ラジアル異方性または極異方性磁石のどちらも使用
可能である。また、上記緩衝剤層の厚み（リング磁石と
内部のロータコア間のギャップ間隔）は、２０〜１００
０μｍの範囲内にあることが好ましい。というのは、緩
衝剤層の厚みが２０μｍより小さいと、わずかな温度上
昇でもって、径方向におけるリング磁石の熱収縮および
内部ロータコアの熱膨張によって緩衝剤層の厚み０、す
なわちリング磁石と内部ロータコアとが接触してしま
う。接触後、さらに温度上昇があるとリング磁石とロー
タコアとは相互に熱応力を受けるが、この場合、相対的
に脆いリング磁石が割れてしまうといった問題が多発す
るからである。また、緩衝剤層の厚みが１０００μｍよ
り大きいと、磁気抵抗が非常に大となり、表面磁石型ロ
ータの表面磁束密度の低下を招来し、モータ特性が著し
く低下してしまうからである。

【００１０】また、温度上昇による表面磁石型ロータの
磁気特性低下を補償するためには、低温度（Ｔ１）にお
けるリング磁石の径方向の磁石厚みをＬｍ、低温度（Ｔ
１）におけるギャップ厚み（すなわち、接着剤層の厚
み、およびロータとステータ間のエアギャップの厚みの
合計）をＬｇ’、リング磁石の低温度（Ｔ１）から高温
度（Ｔ２）に至るＢｒの可逆温度係数をＫ１，（ロータ
コアの径方向の熱膨張係数）−（リング磁石の径方向の
熱膨張係数）＝Ｋ２、低温度（Ｔ１）におけるロータの
直径をＤとした時に、（Ｌｍ＋１．０５Ｌｇ’）／（１．０５Ｄ）≧（−Ｋ２
／Ｋ１）という関係式を満足させることが、温度上昇に伴うロー
タの磁気特性低下を抑制し得る点からより好ましい。ま
た、（Ｌｍ＋１．０５Ｌｇ’）／（１．０５Ｄ）＝Ａ
（−Ｋ２／Ｋ１）であり、かつ相関係数Ａが３≦Ａ≦５
を満たすように構成すると特に好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図により説明す
る。まず、本発明の表面磁石型ロータが適用されるブラ
シレスＤＣモータの一例を図１に示す。ブラシレスＤＣ
モータＡは、ステータ１とロータ２とから成り、ロータ
２はステータ１内に回転可能に支持されている。ロータ
２は、ロータコア３の外周に、例えば常温硬化型のエポ
キシ系接着剤（商品名アラルダイトＡＶ１３８等）から
なる緩衝剤層６を介してリング磁石４を設けると共に、
ロータ２の回転軸としてのシャフト５を設けて構成され
ている。上記リング磁石４は日立金属（株）製Ｎｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ系ラジアル異方性焼結リング磁石：ＨＳ−３０Ｂ
Ｒであり、表面に耐酸化性の被覆層（例えばＮｉメッキ
等）が形成されるとともに、磁場中成形手段を用いて半
径方向にラジアル異方性が付与され、さらに適宜の着磁
手段によって図１に示す通りリング磁石４の外周面に４
磁極が形成されている。また、ラジアル異方性を有する
リング磁石４に、磁極境界１０が形成されている。ロー
タコア３は、例えば強磁性材料（Ｓ４５Ｃ等）により中
空円筒状に形成されている。

【００１２】上記緩衝剤層６は、リング磁石４とロータ
コア３との間に適当な隙間（好ましくは２０〜１０００
μｍ）を設けて、その隙間を接着力に優れかつ伸縮自在
の上記の接着剤で隙間のないように充填することにより
形成される。この緩衝剤層６を形成する接着剤として
は、公知の接着剤を用い得るが、リング磁石４とロータ
コア３の接着に際して接着剤の加熱を必要としない常温
硬化型の接着剤がリング磁石４への熱減磁を発生させな
い点で好ましい。この常温硬化型の具体例として、上述
のエポキシ系接着剤の他、例えば、嫌気性の常温硬化型
接着剤（商品名ロックタイト３２５ＵＶ等）、紫外線硬
化型接着剤等が挙げられる。ステータ１の内周面には、
複数個のスロット７が設けられており、このスロット７
内に巻線８が介装されている。また、ステータ１とロー
タ２の間には、エアギャップ９が形成されている。

【００１３】本発明の表面磁石型ロータに使用するリン
グ磁石として、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系磁石（ここで、ＲはＹを
含むＮｄ，Ｄｙ等の希土類元素の１種または２種以上、
Ｂはボロン元素、ＴＭは鉄または鉄およびコバルト元素
を主体とする合金からなる。）からなるラジアル異方性
または極異方性を有する焼結磁石を使用できる。また、
例えば、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系の永久磁石粉末をエポキシ樹脂
等の熱硬化性樹脂中に均一分散させた混練物を作製し、
この混練物を用いて、公知のラジアル異方性または極異
方性を付与し得る成形手段によって、ラジアル異方性ま
たは極異方性が付与されたボンド磁石製のリング磁石を
製作し、本発明の表面磁石型ロータに用いてもよい。そ
して、ラジアル異方性または極異方性のリング磁石（焼
結磁石でもボンド磁石でもよい。）を、例えば、ブラシ
レスＤＣモータ用の表面磁石型ロータに用いた場合、モ
ータの使用温度範囲（例えば、−４０〜２００℃）にお
いて、このリング磁石の径方向の熱膨張係数が負とな
る。具体的には、例えば−４０〜２００℃において、熱
膨張率はＲ−ＴＭ−Ｂ系の焼結磁石タイプで−２×１０
^-6／℃程度、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系のボンド磁石タイプで−６
×１０^-6／℃程度である。これに対して、通常使用され
ている鉄系のロータコアは径方向の熱膨張係数が＋１０
×１０^-6／℃程度である。

【００１４】本発明では、例えば、電気自動車等に用い
られるブラシレスＤＣモータの使用温度範囲（−４０〜
２００℃）において、ブラシレスＤＣモータ用の表面磁
石型ロータに用いられるリング磁石における高温側での
磁気特性の熱減磁分を、このリング磁石とロータコア間
のギャップ間隔減少によるパーミアンス係数増加分によ
る増磁分で補うことによって、ブラシレスモータの温度
特性を補償改善するようにした。

【００１５】この状況を図２により具体的に説明する。
図２は、本発明のリング磁石の熱減磁と径方向における
熱収縮、及びロータコアの径方向における熱膨張による
リング磁石の動作点におけるパーミアンス係数の増加の
状態を示す。なお、図２の縦軸は磁束密度Ｂを、横軸は
磁界の強さＨを各々表わしている。ここでは、図１のよ
うに、ラジアル異方性のリング磁石４とシャフト５付き
ロータコア３（例えば、鉄系のヨーク材ＳＳ４１等を用
いる。）とを、緩衝剤層６（例えば、アラルダイトＡＶ
−１３８等の接着剤。）を介して固着した場合におい
て。温度上昇とともにこのラジアル異方性リング磁石４
（径方向の熱膨張係数は−２×１０（^-6／ｄｅｇ．）で
ある。）は内径側に収縮し、かつロータコア３（径方向
の熱膨張係数は１０×１０^-6（／ｄｅｇ．）である。）
は外径側に膨張する結果、緩衝剤層６の厚みが減少して
ロータ２を構成するリング磁石４の動作点におけるパー
ミアンス係数が大となる。以下、この現象を図２を参照
して説明する。

【００１６】図２において、（イ）は温度Ｔ１（低温
度）における図１のブラシレスＤＣモータを構成するリ
ング磁石４のＢ−Ｈカーブを示し、（ロ）は温度Ｔ２
（高温度）における図１のリング磁石４のＢ−Ｈカーブ
をそれぞれ示す。また、直線（ハ）はパーミアンス係数
Ｐｃ＝Ｃ１＝Ｂ１／Ｈ１の場合（ここでＢ１，Ｈ１は各
々図２のＰ（Ｔ１）点におけるＢおよびＨの値。）を示
し、直線（ニ）はパーミアンス係数Ｐｃ＝Ｃ２の場合を
それぞれ示す。低温度（Ｔ１）においては、ロータ２の
リング磁石４の動作点は、Ｂ−Ｈカーブ（イ）とパーミ
アンス係数（Ｃ１）の直線（ハ）との交点であるＰ（Ｔ
１）点にある。そして、温度が低温度（Ｔ１）から高温
度（Ｔ２）に上昇すると、Ｂ−Ｈカーブ（イ）は、リン
グ磁石４の熱減磁分だけ下方にずれてＢ−Ｈカーブ
（ロ）となる。この温度上昇と共に、上述の通り、緩衝
剤層６の厚みが減少してリング磁石４のパーミアンス係
数がＣ１からＣ２に増加する。この結果、高温度（Ｔ
２）におけるロータ２のリング磁石４の動作点は、Ｂ−
Ｈカーブ（ロ）とパーミアンス係数（Ｃ２）の直線
（ニ）との交点であるＱ（Ｔ２）点に移る。このよう
に、本発明の表面磁石型ロータ２は温度上昇とともに緩
衝剤層６の厚み減少によるリング磁石４の動作点におけ
るパーミアンス係数の増加があるため、図２においてΔ
Ｂ１３＝Ｂ３−Ｂ１分の磁束密度増磁分を獲得できる。
一方、温度上昇に伴って、モータ用ロータに組込まれた
永久磁石の動作点におけるパーミアンス係数の実質的な
増加のない従来のモータでは、図２において、Ｐ（Ｔ
１）点からＲ（Ｔ２）点への磁束密度の熱減磁分ΔＢ１
２＝Ｂ１−Ｂ２がロータの永久磁石に発生してしまい、
モータ特性を低下させてしまうのである。なお、本発明
の表面磁石型ロータにおいては、上述した通りのパーミ
アンス係数の増加によって、低温度（Ｔ１）から高温度
（Ｔ２）への温度変化において、リング磁石４の動作点
におけるパーミアンス係数がＲ（Ｔ２）点より高磁束密
度側、すなわち高パーミアンス係数側にずれるのである
が、より好ましくはＰ（Ｔ１）点における磁束密度Ｂ１
よりもＱ（Ｔ２）点における磁束密度Ｂ３を大にする、
すなわちＢ１≦Ｂ３とすることも可能である。

【００１７】本発明のロータ２の好ましい構成は、低温
度（Ｔ１）におけるリング磁石の径方向の磁石厚みをＬ
ｍ、低温度（Ｔ１）におけるギャップ厚み（すなわち、
緩衝剤層６の厚み＋コアギャップ９の厚み）をＬｇ’、
ラジアル異方性または極異方性を有するリング磁石４の
低温度（Ｔ１）から高温度（Ｔ２）に至るＢｒの可逆温
度係数をＫ１，（ロータコア３の径方向における熱膨張
係数）−（リング磁石４の径方向における熱膨張係数）
＝Ｋ２、低温度（Ｔ１）におけるロータの直径Ｄとした
時に、（Ｌｍ＋１．０５Ｌｇ’）／（１．０５Ｄ）≧（−Ｋ２
／Ｋ１）となる場合である。そして、上記式の成立する場合にお
いて、上述した図２におけるリング磁石４のＰ（Ｔ１）
点からＱ（Ｔ２）点への動作点の変化が起こるととも
に、Ｑ（Ｔ２）点の磁束密度Ｂ３をＰ（Ｔ１）点の磁束
密度Ｂ１以上、すなわちＢ１≦Ｂ３とでき得るのであ
る。このような関係式を満たすことにより、熱減磁作用
をパーミアンス係数の増加で補償し、温度によらずほぼ
一定の磁束密度を得ることができる。

【００１８】また、上述の通り本発明では、緩衝剤層６
の厚み（リング磁石４とロータコア３間のギャップ間
隔）を、２０〜１０００μｍの範囲内に設定した。これ
は、緩衝剤層６の厚みが２０μｍより小さいと、リング
磁石４内に大きな応力が発生して割れてしまうからであ
る。また、緩衝剤層６の厚みが１０００μｍより大きい
と、磁気抵抗が大となりリング磁石４の表面磁束密度の
低下を招来しモータの特性が低下してしまうからであ
る。例えば、直径５０ｍｍのロータ２で１２０℃まで温
度補償すると、約５０μｍの隙間（緩衝剤層６の厚み）
が必要である。次に、本発明の表面磁石型ロータの具体
例を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】ここで表１のリング磁石およびロータコア
３を図１のロータ２に各々組込んで評価を行っている。
リング磁石４として、実施例１では、ＨＳ−３０ＢＲ
（日立金属（株）製のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ラジアル異方性
焼結磁石、４極着磁）を使用し、実施例２では、実施例
１と同一の磁石原料を用いて製作した極異方性焼結磁石
（４極着磁）を使用した。また、比較例１では、実施例
１と同様に、ＨＳ−３０ＢＲ（日立金属（株）製のＮｄ
−Ｆｅ−Ｂ系ラジアル異方性焼結磁石、４極着磁）をリ
ング磁石４として使用した。また、比較例２では、アー
クセグメント形状で半径方向にラジアル異方性が付与さ
れた日立金属（株）製の異方性焼結磁石（Ｈ−２３Ｃ
Ｖ；２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃｕ−Ｚｒ系磁石）
を４個貼合せて一体リング磁石形状のラジアル異方性磁
石としたものを４極着磁してロータ２に組み込んだ。な
お、実施例１、２および比較例１、２において、上記各
リング磁石の寸法は同一である他、実施例１、２および
比較例１のリング磁石の表面には数十μｍの厚さでＮｉ
メッキが施されている。また、各例の緩衝剤（アラルダ
イトＡＶ１３８）層厚は各々Ｔ１（℃）において表１の
値に設定された。

【００２１】実施例１では、低温度（Ｔ１）におけるロ
ータ直径Ｄすなわちリング磁石４の直径Ｄは１００ｍ
ｍ、低温度（Ｔ１）におけるリング磁石４の径方向の磁
石厚み（Ｌｍ）は０．８ｍｍ、低温度（Ｔ１）における
ギャップ厚み（Ｌｇ’）＝０．１５ｍｍ＋５０μｍであ
る。ここで、前記ギャップ厚み（Ｌｇ’）はエアギャッ
プ９の厚み０．１５ｍｍと、低温度（Ｔ１）における緩
衝剤６の厚み５０μｍとの合計値である。そして、実施
例１では、表１に示す通り、上記リング磁石４の径方向
の熱膨張係数（αmag ）＝−２×１０^-6（／℃）であ
り、ロータコア３（ＳＳ４１を使用）の径方向の熱膨張
係数（αcore）＝１０×１０^-6（／℃）である。また、
ロータ２に組込まれたリング磁石４の温度上昇に伴うパ
ーミアンス係数（Ｐｃ）およびロータ２の表面の最大磁
束密度（Ｂｏ）の変化を表１に示している。この結果よ
り、実施例１では低温度Ｔ１＝２０℃でＰｃ＝４である
のに対し、高温度Ｔ２＝７０℃でＰｃ＝５．３というよ
うに、温度上昇とともにＰｃが大となることがわかる。
さらに、低温度Ｔ１＝２０℃でＢｏ＝０．８９（Ｔ）で
あるのに対し、高温度Ｔ２＝７０℃でもＢｏ＝０．８９
（Ｔ）であって、温度上昇に伴うロータ２の磁気特性の
低下が抑制されていることがわかる。また、（Ｌｍ＋
１．０５Ｌｇ’）／（１．０５Ｄ）および（−Ｋ２／Ｋ
１）の換算値を表１に記載しているが、実施例１におい
ては、（Ｌｍ＋１．０５Ｌｇ’）／（１．０５Ｄ）＝
０．０１０および（−Ｋ２／Ｋ１）＝０．０１０であっ
て、（Ｌｍ＋１．０５Ｌｇ’）／（１．０５Ｄ）＝（−
Ｋ２／Ｋ１）を満足しており、本発明の表面磁石型ロー
タとして、極めて理想的な条件を満足していることがわ
かる。

【００２２】次に、実施例２では、上記極異方性焼結型
リング磁石を用いたこと、および低温度（Ｔ１）におけ
る緩衝剤層６の厚みを１００μｍとした以外は、実施例
１と同様にして評価を行ったところ、表１に示す結果を
得た。この結果より、極異方性焼結型リング磁石を用い
てかつ１００μｍの厚みを有する緩衝剤層６を介在させ
ることによって、実施例１と同様の作用効果が得られる
ことがわかる。

【００２３】次に、比較例１では、上記緩衝剤層６の厚
みを１０μｍとした以外は実施例１と同様にして評価を
行ったところ、表１に示すように、４５℃でラジアル異
方性焼結型リング磁石に割れを生じた。このことから、
実施例２の条件で５０℃以上の温度に耐えるには緩衝剤
層６の厚みを１０μｍより大とする必要があることがわ
かる。

【００２４】次に、比較例２では、上述した通り、２−
１７型Ｓｍ−Ｃｏ系の希土類磁石からなるアークセグメ
ント形状の永久磁石をエポキシ系接着剤（例えばアラル
ダイトＡＶ１３８等）で貼合わせて一体のリング磁石４
形状に形成したラジアル異方性リング磁石４を用いて、
図１のブラシレスＤＣモータ用ロータ２を構成した。こ
の貼合わせリング磁石４の径方向の熱膨張係数（αmag
）＝１１×１０^-6（／℃）であり、ロータコア３は実
施例１と同様のＳＳ４１を使用した。そして、ロータ２
に組込まれたこのリング磁石４の温度上昇に伴うＰｃの
変化は、表１に示すように、低温度Ｔ１＝２０℃および
高温度Ｔ２＝１００℃でＰｃ＝４であり、変化しないこ
とがわかる。また低温度Ｔ１＝２０℃でＢｏ＝０．７４
（Ｔ）であるのに対し、高温度Ｔ２＝１００℃ではＢｏ
＝０．７１（Ｔ）というように、２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ
系希土類磁石のＢｒの可逆温度係数に見合う熱減磁を生
ずることが確認された。表１の実施例３に、Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ系ラジアル異方性焼結リング磁石（日立金属（株）
製）を用いた更に異なる実施例を示している。実施例３
では、図１の表面磁石型ロータ２を構成するリング磁石
４として寸法が異なる以外は実施例１と同様のリング磁
石を用いた。この実施例３のリング磁石を用いたロータ
は比較例２に示した２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ系の希土類磁
石を用いたロータと、２０℃から１００℃への温度上昇
に伴う熱減磁率（表面磁束密度変化）を同等にすること
ができている。この場合、（Ｌｍ＋１．０５Ｌｇ’）／
（１．０５Ｄ）＝０．０４および（−Ｋ２／Ｋ１）＝
０．０１である。したがって、（Ｌｍ＋１．０５Ｌ
ｇ’）／（１．０５Ｄ）＝Ａ（−Ｋ２／Ｋ１）、Ａは相
関係数とすると、Ａ＝４すなわち、（Ｌｍ＋１．０５Ｌ
ｇ’）／（１．０５Ｄ）＝４（−Ｋ２／Ｋ１）の関係に
ある。Ｓｍ−Ｃｏ系希土類磁石の径方向の熱膨張係数お
よびロータコアの材質などの種類の多さ（すなわち熱膨
張係数の範囲を考えると、Ｓｍ−Ｃｏ系の希土類磁石製
のリング磁石を用いた表面磁石型ロータ（例えば、比較
例２）の熱減磁率に対して、Ｂｒ等の可逆温度係数が大
きく、磁石単体ではより熱減磁し易いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系
ラジアル異方性または極異方性リング磁石を用いた表面
磁石型ロータ（例えば、実施例３）の熱減磁率を合わせ
るためには、相関係数Ａが、３≦Ａ≦５の範囲内である
ことが好ましい。なお実施例３において、Ｌｍ＝２（ｍ
ｍ）、Ｌｇ’＝０．５（ｍｍ）、Ｄ＝６０（ｍｍ）、緩
衝剤（アラルダイトＡＶ１３８）層厚は５０μｍ、ロー
タコア３はＳＳ４１である。

【００２５】また、上記緩衝剤層６の厚みを１１００μ
ｍとした以外は実施例１と同様とした比較例３のもの
で、上記と同様の評価を行ったところＢｏが実用に耐え
ないレベルまで低下していた。

【００２６】上述の結果から、リング磁石の内周側に緩
衝剤層を介してロータコアを固着するとともに、前記リ
ング磁石の径方向における熱膨張係数が負であり、かつ
前記ロータコアの径方向における熱膨張係数が正である
ように表面磁石型ロータを構成し、かつ接着剤からなる
緩衝剤層の厚みを２０〜１０００μｍに設定すること
が、本発明の表面磁石型ロータとして極めて好ましいこ
とがわかる。

【００２７】なお、本発明における低温度（Ｔ１）およ
び高温度（Ｔ２）としては各々任意の温度を選択できる
が、実用上、例えばＴ１は本発明のロータが組込まれた
モータが停止した状態（例えば、Ｔ１＝２０（室温）
等。）、およびＴ２はモータの駆動状態により、本発明
のロータが昇温されている状態であると言えるが、これ
らに限定されるものではない。

【００２８】本発明のロータに使用できるリング磁石と
しては、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石材料からなるラジアル
異方性や極異方性の永久磁石に代表される、径方向に負
の熱膨張係数を有するものであれば使用可能である。し
たがって、上述の実施例に記載された焼結磁石型のリン
グ磁石の他、ボンド磁石型のリング磁石を本発明のロー
タに用いた場合において、上述の実施例と同様の作用効
果を期待できる。また、本発明のリング磁石の寸法およ
び、着磁による磁極数、磁極パターン等の変化について
は、例えば、本発明のロータが組込まれるモータや発電
機、リターダー等への用途に応じて適宜決定し得るもの
である。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、温度特性の悪い（温度
係数が大きい）Ｒ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石材料を適当な厚
みを有する緩衝剤層を介してロータコアに固着すること
によって、１−５系や２−１７系のＳｍ−Ｃｏ系希土類
磁石製のリング磁石を用いた場合に匹的する温度特性を
有する表面磁石型ロータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面磁石型ロータが使用されるブラシ
レスＤＣモータの一例を示す図である。

【図２】リング磁石の熱減磁と熱収縮及びロータコアの
熱膨張によるパーミアンス係数の増加の状態を示す図で
ある。

【符号の説明】

ＡブラシレスＤＣモータ１ステータ２ロータ３ロータコア４リング磁石５シャフト６緩衝剤層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リング磁石の内周側に緩衝剤層を介してロ
ータコアを固着すると共に、前記リング磁石の径方向に
おける熱膨張係数が負でありかつ前記ロータコアの径方
向における熱膨張係数が正である表面磁石型ロータにお
いて、温度上昇と共に、前記リング磁石の動作点のパーミアン
ス係数が大となることを特徴とする表面磁石型ロータ。
【請求項２】前記リング磁石が、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系磁石
（ここで、ＲはＹを含むＮｄ、Ｄｙ等の希土類元素の１
種または２種以上、Ｂはボロン元素、ＴＭは鉄または鉄
およびコバルト元素を主体とする合金からなる。）から
なるラジアル異方性または極異方性磁石であることを特
徴とする請求項１に記載の表面磁石型ロータ。
【請求項３】前記緩衝剤層の厚みが、２０〜１０００μ
ｍであることを特徴とする請求項１に記載の表面磁石型
ロータ。
【請求項４】低温度（Ｔ１）におけるリング磁石の径方
向の磁石厚みをＬｍ、低温度（Ｔ１）におけるギャップ
厚みをＬｇ’、リング磁石の低温度（Ｔ１）から高温度
（Ｔ２）に至る残留磁束密度（Ｂｒ）の可逆温度係数を
Ｋ１，（ロータコアの径方向の熱膨張係数）−（リング
磁石の径方向の熱膨張係数）＝Ｋ２、低温度（Ｔ１）に
おけるロータの直径をＤとした時に、（Ｌｍ＋１．０５Ｌｇ’）／（１．０５Ｄ）≧（−Ｋ２
／Ｋ１）てあることを特徴とする請求項１に記載の表面磁石型ロ
ータ。
【請求項５】（Ｌｍ＋１．０５Ｌｇ’）／（１．０５
Ｄ）＝Ａ（−Ｋ２／Ｋ１）であり、かつ相関係数Ａが３
≦Ａ≦５を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表
面磁石型ロータ。