JPH11103564A - ラジアル異方性磁石界磁型モータの界磁子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】優れたトルク重量比を有するとともに従来より
コギングトルクの格段の低減を実現したラジアル異方性
磁石界磁型モータの界磁子を提供する。 【解決手段】異方性磁粉およびバインダの混合物をリン
グ形状に形成するとともに径方向へ磁場配向してなり、
反電機子側の周面１２は円形形状を有し、電機子側の周
面１１は径方向への着磁により所定ピッチで周方向極性
交互に形成された複数の磁極面１３をもち、磁極面１３
の周方向中央は電機子側へ最も突出し、磁極面１３の隣
接境界は反電機子側へ最も凹み、磁極面１３は周方向中
央から境界部へ向かうにつれて次第に電機子から離れる
波形曲面形状を有し、径方向において１３ＭＧＯｅ以上
の最大磁気エネルギー（ＢＨ）ｍａｘをもつ筒状界磁磁
石１と、筒状界磁磁石１の反電機子側の周面１２に接す
る軟磁性の界磁ヨ−ク２とによりラジアル異方性磁石界
磁型モータの界磁子を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラジアル異方性磁
石界磁型モータの界磁子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハードディスク駆動モータやＣＤ
−ＲＯＭ駆動モータなどのスピンドルモータについて
は、永久磁石を界磁極とする界磁子と、それと対面して
相対回転する電機子とをもつ構造簡単な永久磁石型モー
タが用いられている。この種のモータでは、通常、コギ
ングトルクを低減することが最優先課題であり、そのた
め、従来より以下の提案がなされていた。 特開平６−
２１７４７８号公報によれば、セグメント磁石をヨ−ク
の外周面に極性交互に周方向所定ピッチで貼り付けて磁
石界磁型モータの界磁子を製造することを開示してい
る。また、各セグメント磁石は、内周面を円弧状に形成
し、セグメント磁石間の磁極境界部の径方向厚さを磁極
中央部の径方向厚さの０．３〜０．７倍の範囲内に設定
し、かつ、この永久磁石の外周面の形状を所定の数式で
表わされる曲面形状に形成することも提案している。

【０００３】特開平８−３３６２４９号公報の界磁子
は、リング形状の磁石の磁極端部に溝を付与して、磁極
端部の磁束密度の変化を滑らかにすることを提案してい
る。特開平９−２１３５２１号公報によれば、ラジアル
方向に磁化をかけて着磁したリング磁石において、電機
子側の周面が円であって、反電機子側の周面を各辺が複
雑な曲面形状を有する略多角形の筒状ラジアル異方性界
磁磁石により界磁子を製造することを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】近年、モ−タ体格の
小型計量化を図るため及び永久磁石作製技術の進展によ
り、（ＢＨ）ｍａｘが１３ＭＧＯｅ以上というような強
力なラジアル異方性セグメント磁石が界磁子に採用され
てきたが、このような高い（ＢＨ）ｍａｘを有する界磁
子では、上述の各種従来技術によってコギングトルクの
低減を十分に実現できないという問題が生じることがわ
かった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、（ＢＨ）ｍａｘが１３ＭＧＯｅ以上というような
ラジアル異方性磁石を用いることにより優れたトルク重
量比を有するとともに従来よりコギングトルクの格段の
低減を実現したラジアル異方性磁石界磁型モータの界磁
子を提供することを、その解決すべき課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のラジアル
異方性磁石界磁型モータによれば、磁気異方性を有する
異方性磁粉およびバインダの混合物をリング形状に形成
するとともに径方向へ磁場配向してなり、反電機子側の
周面は円形形状を有し、電機子側の周面は径方向への着
磁により所定ピッチで周方向極性交互に形成された複数
の磁極面をもち、前記磁極面の周方向中央は電機子側へ
最も突出し、前記磁極面の隣接境界は反電機子側へ最も
凹み、前記磁極面は前記周方向中央から前記境界部へ向
かうにつれて次第に電機子から離れかつ曲率半径が減少
する波形曲面形状を有し、１３ＭＧＯｅ以上の最大磁気
エネルギー（ＢＨ）ｍａｘをもつ筒状界磁磁石と、前記
筒状界磁磁石の反電機子側の周面に接する軟磁性の界磁
ヨ−クとによりラジアル異方性磁石界磁型モータの界磁
子を構成することにより、有効トルクに対するコギング
トルクの割合を従来より格段に低減することができるこ
とを見出した。

【０００７】なお、上述した「前記磁極面は前記周方向
中央から前記境界部へ向かうにつれて次第に電機子から
離れかつ曲率半径が減少する波形曲面形状」とは、局部
的に曲率半径が一定である場合を含むものとする。以
下、本構成の筒状界磁磁石の構成による作用効果を説明
する。まず、本発明者らは上記各種従来技術に最大磁気
エネルギー（ＢＨ）ｍａｘが１３ＭＧＯｅ以上といった
ラジアル異方性磁石を用いた場合のコギングトルク増大
の原因を調べた。

【０００８】その結果、以下のことがわかった。まず、
ヨークの周面にセグメント形状のラジアル異方性磁石を
貼付けた場合、以下の理由によりコギングトルクが顕著
に増大することがわかった。すなわち、このようなセグ
メント磁石の貼付けにより製造された界磁子（以下、セ
グメント磁石貼付け型界磁子ともいう）では、周方向に
隣接するセグメント磁石間の隙間のばらつき、及び、セ
グメント磁石とヨークとの間の接着材層の厚さのばらつ
きにより、界磁子と電機子との間の電磁空隙の磁界強度
がばらつき、これがコギングトルクを増大させる。

【０００９】従来のような等方性磁石では、上述したば
らつきによる磁束分布のばらつきは、磁束がセグメント
磁石中を周方向へ横流れすることにより、ヨークを一部
又は全面的にバイパスして、周方向に隣接する等方性セ
グメント磁石間で直接流れることにより著しく緩和され
る。ところが、高トルクを得るためにラジアル異方性磁
石からなるセグメント磁石を用いる場合には、このよう
な磁束の横流れ作用はほとんど期待できず、磁束はあく
までもヨークを通じて流れる。このため、上述した周方
向に隣接するセグメント磁石間の隙間のばらつき、及
び、セグメント磁石とヨークとの間の接着材層の厚さの
ばらつきがそのまま電磁空隙の磁界強度に反映され、以
下の理由により、コギングトルクが増大することがわか
った。

【００１０】すなわち、このようなセグメント磁石の貼
付けにより製造された界磁子（以下、セグメント磁石貼
付け型界磁子ともいう）では、周方向に隣接するセグメ
ント磁石間の隙間のばらつき、及び、セグメント磁石と
ヨークとの間の接着材層の厚さのばらつきにより、界磁
子と電機子との間の電磁空隙の磁界強度がばらつき、こ
れがコギングトルクを増大させる。

【００１１】次に、単にリング形状の磁石の磁極端部に
溝を形成する場合、等方性磁石ではコギングトルクは低
減するが、ラジアル異方性磁石を用いる場合には以下の
理由によりコギングトルクが顕著に増大することがわか
った。すなわち、このような磁極端部に角溝を形成した
場合、従来の等方性磁石の場合には、この磁極の表面形
状の不連続な変化及びそれによる周方向各部における局
部的磁気抵抗の急変に対して、着磁時に磁束がこの等方
性磁石中を周方向に横流れし、それにより電磁空隙の磁
束密度の周方向における急変を緩和する。

【００１２】しかし、ラジアル異方性磁石では、磁石中
を磁束が周方向へ横流れすることはほとんど期待できな
いため、このような磁極面の急激な段差は電磁空隙の磁
界強度の周方向分布を急変させてしまい、以下の理由に
より、コギングトルクが増大することがわかった。以上
の点から、単に筒状界磁磁石形状の磁極面に溝を設けた
り、セグメント磁石を貼付けたりした界磁子は、ラジア
ル異方性磁石に対しては上述の理由によるコギングトル
クの急増によりコギングトルクに敏感な用途において実
用に耐え得ないということがわかった。

【００１３】次に、ラジアル異方性磁石により筒状界磁
磁石を形成し、反電機子側の周面を各辺が複雑な曲面形
状を有する略多角形とする場合、当然、筒状界磁磁石の
この多角形状の反電機子側の周面には同一形状のヨーク
が嵌合されることになるが、このような嵌合面を寸法公
差±０．０５ｍｍ以下に精度よく作ることは極めて困難
であるので、この嵌合面における隙間のばらつきが上述
したようにラジアル異方性磁石ではコギングトルク大幅
な増大を招いてしまう。

【００１４】上述した従来の問題に鑑み、本構成の界磁
子では、まず界磁磁石に、１３ＭＧＯｅ以上の最大磁気
エネルギー（ＢＨ）ｍａｘをもつラジアル異方性磁石を
採用することにより体格増大を抑止しつつ有効トルクを
増大させ、筒状に形成することによりセグメント磁石に
おける接着剤層のばらつきやセグメント磁石間の間隙の
ばらつきをなくし、電機子側の周面を波形曲面とするこ
とにより、ラジアル異方性磁石の磁束横流れ不足による
電磁空隙の周方向磁界強度の急激な変化を防ぎ、ヨーク
側（反電機子側）の周面を円形とすることによりヨーク
の磁石側周面の加工を省くと共に、両者間の隙間ばらつ
きを大幅に減らしてそれによるコギングトルクの低減を
図ったものである。

【００１５】結局、本構成によれば、ラジアル異方性磁
石による大きな有効トルクと小さいコギングトルクとに
より、優れた有効トルク／コギングトルク比をもつ界磁
子を実現することができる。請求項２記載の構成によれ
ば請求項１記載のラジアル異方性磁石界磁型モータの界
磁子において更に、筒状界磁磁石と界磁ヨ−クとの嵌合
隙間は筒状界磁磁石の反電機子側の周面の半径の０．５
％未満とされる。このようにすれば、コギングトルクを
良好に抑止できることがわかった。

【００１６】すなわち、本発明者らは、最大磁気エネル
ギー（ＢＨ）ｍａｘに優れたラジアル異方性磁石では、
微小に見える筒状界磁磁石とそれに嵌合するヨークとの
間の隙間のばらつきが、等方性磁石のように磁束の横流
れがないために大きなコギングトルク増大を生じさせる
ことを見出した。したがって、この嵌合隙間を上述の値
未満に低減することにより、ラジアル異方性磁石とヨー
クとを嵌合させる場合であっても、コギングトルク／有
効トルクの比率を実用上十分な範囲にまで低減できるこ
とがわかった。

【００１７】請求項３記載の構成によれば請求項１記載
のラジアル異方性磁石を製造するに際し、筒状界磁磁石
と界磁ヨ−クとをインサ−ト成形により成形する。この
ようなインサ−ト一体成形は、プレス成形による筒状界
磁磁石の単独成形及びその嵌合、接着に比較して格段に
コスト上昇を招き、通常は用いられないが、本発明者ら
は、この製造方法によれば筒状界磁磁石と界磁ヨ−クと
の間の隙間をほぼ０とすることができるので、上述の理
由によりコギングトルクを大幅に低減できることがわか
った。更に、有効トルクも増大することができる。

【００１８】

【発明を実施するための形態】ラジアル異方性磁粉とし
ては、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮ系、ＳｍＣｏ系などを
採用することができ、バインダとしては樹脂あるいは無
機質材料あるいは低融点金属等を採用することができ
る。本発明の好適な態様を以下の実施例を参照して説明
する。

【００１９】

【実施例】ＮｄＦｅＢ系異方性磁粉を１５０℃の温度で
ラジアル方向に磁場配向しながら金型内で約１０ｔｏｎ
／ｃｍ²の圧力をかけ、図１（実施例）、図２（比較例
１）、図３（比較例２、３）、図４（比較例４）に示す
磁石を製作した。ここで、磁石の最大磁気エネルギー積
（ＢＨ）ｍａｘは１７ＭＧＯｅである。

【００２０】ここに、実施例の磁石形状は外径φ２１．
６ｍｍで、内径φ１９．４ｍｍで、奥行きｔ４．５ｍ
ｍ、波形部の弧半径Ｒは８ｍｍである。ヨーク材料ＳＵ
Ｍ２２鋼で、その形状は、外径φ２２．６ｍｍで、内径
φ２１．６ｍｍで、奥行きはｔ４．５ｍｍである。着磁
は１８００Ｖの電圧を印加し、１２極のラジアル着磁を
施した。

【００２１】比較例１の磁石形状は、実施例１の１極分
の磁石の形状で、外径弧半径１０．８ｍｍで、最大肉厚
１．１ｍｍで内径側の円弧半径は８ｍｍで、奥行きｔ
４．５ｍｍのセグメント磁石を圧縮成形により製作し
た。１２個のセグメント磁石を接着剤で前述のＳＵＭ２
２からなるヨークに貼り付けた。その後、１８００Ｖの
電圧を印加し、ラジアル着磁を施した。

【００２２】比較例２の磁石形状は、磁石形状を外径φ
２１．６ｍｍで、内径φ１９．４ｍｍで、奥行きｔ４．
５ｍｍ、溝部角度をθとして、広報（２）でもっとも効
果が高かったθ＝７．５ｄｅｇを比較例２の磁石形状と
し、θ＝９ｄｅｇの場合を比較例３の磁石形状とした。
尚、ヨーク材料はＳＵＭ２２鋼で、その形状は、外径φ
２２．６ｍｍで、内径φ２１．６ｍｍで、奥行きはｔ
４．５ｍｍである。着磁は１８００Ｖの電圧を印加し、
１２極のラジアル着磁を施した。

【００２３】比較例４の磁石形状は、磁石の形状を内径
φ１９．４ｍｍ、外径は正１２角形でその外接円の直径
を２１．６ｍｍとし、奥行きはｔ４．５ｍｍである。
尚、ヨーク材料ＳＵＭ２２鋼で、その形状を、外径φ２
２．６ｍｍで、内径側は正１２角形でその外接円の直径
をφ２１．６ｍｍとした、奥行きはｔ４．５ｍｍであ
る。着磁は１８００Ｖの電圧を印加し、１２極のラジア
ル着磁を施した。

【００２４】各ロータを用いてモータを組立て、モータ
特性を調べた。モータの特性としては、コギングトルク
と逆起電力定数を測定した。逆起電力定数は、モータを
Ｎ＝１８００ｒｐｍで強制的に回転させたときに、相関
に発生した電圧の波高さ値Ｅを計測しその値から、ｋｅ
＝Ｅ／Ｎ（Ｖ／ｋｒｐｍ）の計算式により求めた。それ
らの結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】 Ａ：良好，Ｂ：あまり良くない，Ｃ：悪い 表１によれば、比較例はすべてコギングトルクが著しく
大きくなっているのに対して、本実施例は比較例に比べ
て著しくコギングトルクが小さな値を示し、スピンドル
モータのＴｃ≦４ｇｆｃｍのレベルを満足していること
が明らかとなった。

【００２６】また、モータ性能のトータル評価として
は、逆起電力定数を大きくし、コギングトルクを低減す
ることが好ましいため、その視点で、Ｋｅ／Ｔｃを一つ
の指標とした。さらに、ヨークと磁石との嵌合性につい
て、良好な場合をＡ、あまり良くない場合をＢ、悪い場
合をＣとして評価した。コギングトルクに関する評価と
しては、スピンドルモータの用途に関しては、Ｔｃ≦４
ｇｆｃｍであることが必須である。従って、４ｇｆｃｍ
以下を良好な場合としてＡを、５〜９ｇｆｃｍはＢ、１
０ｇｆｃｍ以上は全く使用においては論外というレベル
でＣと判定した。

【００２７】以上の結果からも明らかのように、従来技
術に対比した比較例１〜４については、すべて、コギン
グトルクの観点からは全く実用に耐えないということが
明らかとなった。それに対して、本発明品である実施例
のみがコギングトルクを極めて小さな値とでき、尚且
つ、逆起電力についても良好な結果を示しており、モー
タ性能Ｋｅ／Ｔｃとしては比較例に比べて約７倍優れた
性能を有することが明らかとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の界磁ロ−タ−の模式断面図である。

【図２】比較例１の界磁ロ−タ−の模式断面図である。

【図３】比較例２の界磁ロ−タ−の模式断面図である。

【図４】比較例３の界磁ロ−タ−の模式断面図である。

【符号の説明】

１はラジアル異方性磁石からなる筒状界磁磁石、２は界
磁ヨ−ク、３はセグメント磁石である。１１は電機子側
の周面、１２は反電機子側の周面、１３は磁極面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 擁二 愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地 愛知製 鋼株式会社内 (72)発明者 長屋 大輔 愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地 愛知製 鋼株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気異方性を有する異方性磁粉およびバイ
   ンダの混合物をリング形状に形成するとともに径方向へ
   磁場配向してなり、反電機子側の周面は円形形状を有
   し、電機子側の周面は径方向への着磁により所定ピッチ
   で周方向極性交互に形成された複数の磁極面をもち、前
   記磁極面の周方向中央は電機子側へ最も突出し、前記磁
   極面の隣接境界は反電機子側へ最も凹み、前記磁極面は
   前記周方向中央から前記境界部へ向かうにつれて次第に
   電機子から離れかつ曲率半径が減少する波形曲面形状を
   有し、１３ＭＧＯｅ以上の最大磁気エネルギー（ＢＨ）
   ｍａｘをもつ筒状界磁磁石と、 前記筒状界磁磁石の反電機子側の周面に接する軟磁性の
   界磁ヨ−クと、 を備えることを特徴とするラジアル異方性磁石界磁型モ
   ータの界磁子。
2. 【請求項２】請求項１記載のラジアル異方性磁石界磁型
   モータの界磁子において、 前記界磁ヨ−クは、筒状界磁磁石の反電機子側の周面に
   嵌め込まれており、 前記筒状界磁磁石の前記反電機子側の周面と前記界磁ヨ
   −クの磁石側周面との間の空隙の径方向長は、前記筒状
   界磁磁石の前記反電機子側の周面の半径の０．５％未満
   とされていることを特徴とするラジアル異方性磁石界磁
   型モータの界磁子。
3. 【請求項３】請求項１記載のラジアル異方性磁石界磁型
   モータの界磁子の製造方法において、 前記界磁ヨ−クが挿入された金型に前記混合物を注入し
   て前記 前記筒状界磁磁石を前記界磁ヨ−クと一体に成形するこ
   とを特徴とするラジアル異方性磁石界磁型モータの界磁
   子の製造方法。