JPH11206052A

JPH11206052A - 小型回転機用永久磁石型ロータ

Info

Publication number: JPH11206052A
Application number: JP10006288A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Mita; 正裕三田; Masahiro Masuzawa; 正宏増澤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】軸方向に磁化した永久磁石を用いながら外周
の円周に沿って並んだ多数の磁極を有する永久磁石型ロ
ータの構造を提供することによって、その製造を容易に
する。【解決手段】回転軸の方向に磁化した永久磁石と、こ
の永久磁石の両磁極部の各々に取り付けた端部ヨーク
と、両端部ヨーク間の外周を覆いその間を磁気的に接続
しているスリーブ状ヨークとを持ち、このスリーブ状ヨ
ークの外周円周に沿って非磁性材部分を形成し、スリー
ブ状ヨークの残余の部分に端部ヨークの各々から軸方向
に延びた複数個の磁極爪がその外周円周方向に並ぶとと
もに、端部ヨークの他方から延びた磁極爪と、その間に
前記非磁性材部分を介して交互に組み合せられている構
成をした磁極爪部とになっている小型回転機用永久磁石
型ロータである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は小型回転機用永久磁
石型ロータの構造に関するもので、軸に平行に着磁され
ているにもかかわらず永久磁石型ロータの円周方向に多
数の磁極が並んだ構造をしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】小型回転機、例えばステッピングモータ
等小型モータは、図４〜６に示すように、永久磁石型ロ
ータとクローポール型アウターステータを有しているも
のが多い。図４は、この小型モータの主要部の平面図
で、クローポール型アウターステータ１の空洞内に、永
久磁石型ロータ２が挿入されており、ロータ中央にある
回転軸とともに、回転軸を中心として回転するようにな
っている。永久磁石型ロータ２は円柱状あるいは円筒状
の永久磁石からできており、その円筒外周面に円周方向
に並んだ多数の磁極が設けられている。アウターステー
タ１は、ロータ２に対向する位置にクローポールすなわ
ち磁極爪３が配置されている。

【０００３】このクローポール型アウターステータ１の
構造を示すために、図５に、ステータの縦断面図、図６
にステータヨークの分解斜視図を示している。図５のス
テータの縦断面図で、励磁ヨークを巻回した２個のコイ
ルボビン４が同軸状に積層されていて、これらコイルボ
ビン４の間に２枚のリング状をしたプレートヨーク５が
挟まれている。また、各コイルボビン４のプレートヨー
ク５の反対側にはカップ状ヨーク６が取り付けられ、こ
のカップ状ヨーク６とプレートヨーク５が組み合せられ
て各磁気回路を作り、各コイルボビン４を取り囲むよう
に構成されている。

【０００４】リング状をしたプレートヨーク５は、コイ
ルボビンの一方の端面を覆うリング状の蓋部５１と、蓋
部の内周縁から延びてコイルボビンの内周面を覆う複数
個の磁極爪３とを備えている。この複数個の磁極爪３は
コイルボビン４の内周円周に沿って並んでいる。

【０００５】カップ状ヨーク６は、コイルボビン４の他
方の端面を覆うリング状の蓋部６１と蓋部の外周縁から
延びてコイルボビンの外周面を覆う外周壁部６２と、蓋
部の内周縁から延びてコイルボビンの内周面を覆う複数
個の磁極爪３と、を備えている。この複数個の磁極爪３
はコイルボビン４の内周円周に沿って並んでいて、プレ
ートヨーク５の磁極爪３と間隔を開けて配置されてい
る。

【０００６】永久磁石型ロータ２は、通常円柱状あるい
は円筒状の永久磁石からできており、その円筒外周面に
軸方向に延びた磁極が円周方向に多数、例えば１６極、
２４極並べられている。この隣り合った磁極同士は異な
った極性となっているとともに、隣り合った磁極同士を
結ぶ磁石内に磁気異方性、すなわち極異方性を付けて、
永久磁石の特性を十分に活用するようになっている。

【０００７】極異方性を付けた円筒状永久磁石の例を図
３に示している。ここで、図３（Ａ）はその斜視図で、
図３（Ｂ）は平面図である。この円筒状永久磁石は円筒
外周面に軸方向に延びた多数の磁極２１が設けられてい
る。隣り合った異なった極性の磁極２１同士は、その間
に矢印２２で示すように磁気異方性が付けられている。
ハードフェライト磁石でこの円筒状永久磁石を作ってい
る場合には、マグネトープランバイト型結晶構造をし
た、六方晶結晶の磁化容易軸（ｃ軸）が磁気異方性の方
向を向いていて、矢印２２の方向になっている。そのた
めに、円筒表面の磁極２１と磁極２１の間では磁化容易
軸の直角方向が円筒表面に垂直となっている。一方、磁
極２１の上では、磁化容易軸が円筒表面に垂直となって
いる。

【０００８】このような円筒状永久磁石を作製する場
合、マグネトープランバイト型結晶構造をしたハードフ
ェライト磁石の粉末を成形型に入れて磁気異方性を付け
る方向に磁界を印加して、ハードフェライト磁石粉末の
磁化容易軸方向をその磁界の方向に揃えた上で、加圧し
て成形体を得る。この成形体を焼結温度に加熱して焼成
して焼結体とした上で、必要とする大きさ、形状に機械
加工をし、それに回転軸を挿入固定し、異方性を付けた
方向に磁化をして永久磁石ロータ２を得る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように異方性を付
けて、焼結を行うと、マグネトープランバイト型結晶粒
子の磁化容易軸方向の熱膨張係数とそれに直角な方向の
それとが大きく違っているために、磁化容易軸が円筒表
面に垂直に向いている磁極の部分と、磁化容易軸に直角
な方向が円筒表面に垂直に向いている磁極の間の部分で
は歪んでしまう。このために、円筒状磁石の肉厚を薄く
すると割れが生じることがあり、製造の歩留まりが悪く
なることがあった。

【００１０】歩留まりを上げるためには、成形型に入れ
て磁気異方性を付ける際に印加する磁界強度を小さくし
て、異方性化を小さくすると、マグネトープランバイト
型結晶粒子の配列の程度を下げることができるので、割
れや変形を小さくすることができるが、これでは永久磁
石の特性を十分に引き出すことができない。

【００１１】更に、磁極数を多く、例えば２４極、３６
極、４８極と、すると、磁極の幅が極めて小さいものと
なり、磁化ヨークの磁極の幅がそれと同じに小さくなる
とともに、ヨークの磁極の間隔も小さくなって、異方性
を付けるのに必要な十分な大きさの磁界を生じることが
困難となっていた。

【００１２】また、上のように異方性化した永久磁石は
外周面の機械加工、すなわち円筒研磨あるいはセンター
レスグラインダー加工が必要であった。そこで本発明で
は、軸方向に磁化した永久磁石を用いながら外周の円周
に沿って並んだ多数の磁極を有する永久磁石型ロータの
構造を提供することによって、その製造を容易にするこ
とを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の小型回転機用永
久磁石型ロータは、回転軸の方向に磁化した永久磁石
と、この永久磁石の両磁極部の各々に取り付けた端部ヨ
ークと、両端部ヨーク間の外周を覆いその間を磁気的に
接続しているスリーブ状ヨークとを持ち、このスリーブ
状ヨークの外周円周に沿って非磁性材部分を形成し、ス
リーブ状ヨークの残余の部分に端部ヨークの各々から軸
方向に延びた複数個の磁極爪がその外周円周方向に並ぶ
とともに、端部ヨークの他方から延びた磁極爪と、その
間に前記非磁性材部分を介して交互に組み合せられてい
る構成をした磁極爪部とになっていることを特徴とする
ものである。

【００１４】本発明の小型回転機用永久磁石型ロータで
は、前記永久磁石は回転軸の方向に異方性が付けられて
いることが好ましく、また、前記スリーブ状ヨークは複
合磁性材料から形成された強磁性部分と非磁性部分とが
共存した部品の一つまたは複数からなり、前記非磁性材
部分はその複合磁性材料からなるスリーブ状ヨークの強
磁性部分と強磁性部分との境界に形成されてなるオース
テナイト相としたことが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の小型回転機用永久磁石型
ロータの一実施態様を図１〜２に示す。図１はその断面
図、図２はその分解斜視図を示している。

【００１６】永久磁石として用いている円筒状フェライ
ト磁石７１は軸方向（図示Ｍの方向）に磁化されてい
る。このＭ方向に異方性を付けていることが望ましい。
この円筒状フェライト磁石７１の上下の端面に各々軟磁
性体からなる端部ヨーク７２を接触して設けられてい
る。円筒状フェライト磁石７１の上下の端面は端部ヨー
ク７２との接触が良いように平行に機械加工がしてある
ことが好ましい。上下の端部ヨーク７２の間に、軟磁性
体からなる一体形状のスリーブ状ヨーク８が外側に嵌め
られていて、端部ヨーク７２と磁気的に接続している。

【００１７】このスリーブ状ヨーク８の外周円周に沿っ
てつづら折り状に非磁性材部分８１が形成されている。
非磁性材部分８１は０．３〜２．５ｍｍの幅で設けられ
るのが通常である。本発明の好ましい実施態様では、ス
リーブ状ヨーク８は複合磁性材料であるマルテンサイト
系ステンレス鋼（ＳＵＳ４０５など）で作製する。非磁
性材部分８１はこのスリーブ状ヨーク８のマルテンサイ
ト系ステンレス鋼を部分的にオーステナイト相（γ相）
とすることで得られる。非磁性材部分８１とするところ
のみをＣＯ₂レーザなどでγ変態点以上に温度を上げて
γ相として、その温度から常温まで急冷してオーステナ
イト相とする。なお、非磁性材部分８１の-60 ℃までの
低温側安定性を確保するために、非磁性材部分８１が３
０体積％以上の溶融凝固組織を含むことが好ましい。

【００１８】スリーブ状ヨーク８の外周円周に沿ってつ
づら折り状に非磁性材部分８１を設けることによって、
スリーブ状ヨーク８の残余の部分（強磁性部分）に端部
ヨーク７２の各々から軸方向に延びた複数個の磁極爪８
２ａ、８２ｂを設ける。この磁極爪８２ａ、８２ｂは外
周の円周方向に並ぶとともに、他方の端部ヨークから延
びた磁極爪と、その間に非磁性材部分を介して交互に組
み合せられている構成をした磁極爪となっている。この
ように構成されたスリーブ状ヨーク８は一体物であり、
実用に耐える強度の確保と部品点数の削減を実現するた
めに好ましい。

【００１９】スリーブ状ヨーク８の外周円周に沿って設
けた磁極爪は端部ヨーク７２と磁気的に接続している。
円筒状フェライト磁石７１の上端面がＮ極、下端面がＳ
極となるように磁化されているとすると、スリーブ状ヨ
ーク８の上の部分から延びている磁極爪８２ａは端部ヨ
ーク７２を介してＮ極が現われる。同時にスリーブ状ヨ
ーク８の下の部分から延びている磁極爪８２ｂは下側の
端部ヨーク７２を介してＳ極が現われる。これらのＮ極
をした磁極爪８２ａとＳ極をした磁極爪８２ｂとは、ス
リーブ状ヨーク８の円筒状に円周方向に交互に現われて
おり、各磁極爪８２ａ、８２ｂは軸方向に長く延びてい
る。この円筒状フェライト磁石７１の中央ボア部に回転
軸を挿入固定することによって、本発明の小型回転機用
永久磁石型ロータ７となる。

【００２０】この永久磁石型ロータ７は、そのスリーブ
状ヨーク８の円周上に円周方向に並んだ多数の磁極が設
けられているので、図３に示している従来の極異方性を
したフェライト磁石を用いたロータと同様に小型回転機
のロータとして用いることができる。

【００２１】本発明の小型回転機用永久磁石ロータ７を
製造するには、軸方向に磁化容易方向を付けた円筒状フ
ェライト磁石を準備し、その上下の端面を平行に機械加
工する。その両端面に端部ヨーク７２を固定し、必要に
より接着する。この組み立てたものの外周にスリーブ状
ヨーク８を圧入する。この圧入のクリアランスは締り嵌
めができるように作っておく。このようにして組み立て
たロータのスリーブ状ヨーク８の外周円周に沿って非磁
性材部分８１をＣＯ₂レーザなどでγ変態温度以上に加
熱して、急冷する。ＣＯ₂レーザ照射部の酸化防止と急
冷のために、ＣＯ₂レーザで加熱しそれに続けて急冷を
行うときに、組み立てたロータを回転させながら、ＣＯ
₂レーザ光の放出口の高さと冷媒の不活性ガス放出ノズ
ル口の高さを調節してＣＯ₂レーザの照射位置にノズル
から噴出された不活性ガスが当たるようにした自動レー
ザ機でつづら折り状になった非磁性材部分を作ることが
できる。

【００２２】本発明において、スリーブ状ヨークに用い
る複合磁性材料とは、同一部材（部品）において強磁性
部と非磁性材部分とが共存した金属組織を形成可能な金
属材料をいう。強磁性部と非磁性材部分とを共存させる
方法として下記が例示される。

【００２３】（１）強磁性相の母材を用いて、非磁性化
が必要な部分を熱処理することによりその部分を非磁性
化する方法。（２）非磁性相の母材を用いて、強磁性化が必要な部分
を例えば冷間圧延等により強加工することによりその部
分を強磁性化する方法。

【００２４】（３）強磁性相の母材の一部分を溶融させ
て、その溶融部分に非磁性化促進元素を添加して拡散さ
せた後凝固させてその部分を非磁性化し、強磁性部と非
磁性材部部分とが共存した同一部材（部品）を得る方
法。

【００２５】（４）非磁性相の母材の一部分を溶融させ
て、その溶融部分に強磁性化促進元素を添加して拡散さ
せた後凝固させてその部分を強磁性化し、強磁性部と非
磁性材部部分とが共存した同一部材（部品）を得る方
法。

【００２６】本発明では複合磁性材料製のスリーブ状ヨ
ークを製造するために上記の方法のうちいずれを採用し
てもよいが、特に代表的な製造方法として、強磁性の金
属材料母材の一部分を加熱変性することにより、非磁性
材部分を形成することができる。

【００２７】非磁性材部分を形成する手段として、公知
の局部加熱手段（例えばレーザ光照射、電子ビーム照
射、高温プラズマ照射、高周波誘導加熱等）を適用でき
る。局部加熱手段により、強磁性組織の金属材料母材の
非磁性化したい部分をオーステナイト化する温度域まで
局部加熱後冷却するか、あるいは非磁性化したい部分に
対応した部分を加熱溶融後凝固させることにより、強磁
性組織を母相とし、オーステナイト組織を非磁性材部分
とした複合磁性材料製のスリーブ状ヨークを構成でき
る。

【００２８】特に、一部分を加熱溶融後凝固することに
より、凝固組織と凝固組織の周辺に存在するオーステナ
イト化温度以上に加熱後冷却された熱影響部とからなる
非磁性材部分を形成した場合は、この溶融凝固したオー
ステナイト組織は-60 ℃の低温度域まで安定に存在する
という優れた低温側での非磁性部安定性を示す。

【００２９】本発明では、複合磁性材料用としてステン
レス鋼（フェライト系またはマルテンサイト系）を用い
ることが良好な強磁性特性（最大飽和磁束密度：Ｂｓが
１０ｋＧ以上、より好ましくはＢｓが１２ｋＧ以上）と
非磁性特性（比透磁率μｓが２以下、より好ましくはμ
ｓが１．２以下）を実現し、本発明による小型モータの
特性を従来に比して１０％以上高めるために好ましい。
前記ステンレス鋼として望ましいものは例えばJIS G 43
03で規定されるSUS430やSUS410L に代表されるフェライ
ト系ステンレス鋼およびSUS420系やSUS440系に代表され
るマルテンサイト系ステンレス鋼ならびにこれらの改良
鋼である。組成的には、重量％でＣｒを１１〜１８％、
Ｃが０．１５％以下またはＣｒを１１．５〜１８％、Ｃ
を０．４〜１．２％含有するステンレス鋼が挙げられ
る。これらのステンレス鋼には必要に応じてＮｉやＭｏ
などを含有してもよい。とにかく加熱や加工によってそ
の一部がオーステナイトに変態する能力を備えておれば
よい。

【００３０】また、本発明に用いる永久磁石としては最
大エネルギー積の大きなＮｄＦｅＢ系の異方性焼結磁石
やボンド磁石、ＳｍＦｅＮ系の等方性ボンド磁石や異方
性ボンド磁石等が好ましい。また、ＳｍＣｏ系の１- ５
型や２- １７系の異方性希土類焼結磁石、ＭｎＡｌＣ系
磁石などを用いてもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明の永久磁石型ロータは軸方向に磁
化した永久磁石の外周にスリーブ状ヨークを設け、その
スリーブ状ヨークの円筒上に円周方向につづら折り状と
なった非磁性材部分を作り、その残余の部分に永久磁石
の両磁極の各々と磁気的に接続して延びている磁極爪を
円筒上に多数設けているので、以下に述べるような作用
効果がある。

【００３２】本発明で用いている端部ヨークに代えて、
リング状をした蓋部と蓋部の外周縁から延びていて円筒
状永久磁石の外周面を覆う複数個の磁極爪とを備えたカ
ップ状ヨークを磁気空隙を介して対向して用いることも
考えられるが、その場合にはカップ状ヨークの磁極爪と
なる部分をリング状をした蓋部の外周縁から突出して作
製し、その磁極爪の部分に絞り加工あるいは曲げ加工を
施す必要がある。このように磁極爪を絞り加工あるいは
折り曲げ加工をして作製すると、折り曲げ角度が９０°
になっていないと、一部の磁極爪がステータとの空隙に
飛び出したり、あるいは内側に反ったりして、ロータと
ステータとの空隙寸法が一様にならないことがあった。
これに比して、本発明の永久磁石型ロータは絞り加工や
折り曲げ加工の必要がなく、磁極爪の位置バランスもよ
く統一されたものとすることができる。

【００３３】また、円周面上に多数の磁極を付けた円柱
状あるいは円筒状永久磁石を永久磁石型ロータとして用
いる場合のように、本発明の永久磁石型ロータでは極異
方性の異方性を付ける必要がなく軸方向の異方性化およ
び磁化でよいので、永久磁石の製造が容易な上に永久磁
石の能力を十分に活用できる。

【００３４】また、永久磁石そのものをロータとする場
合のように外周面の円筒研磨やグラインダー加工が必要
なく、永久磁石の外周面は黒皮のままでよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の小型回転機用永久磁石型ロータの一実
施態様の断面図である。

【図２】本発明の小型回転機用永久磁石型ロータの一実
施態様の分解斜視図である。

【図３】極異方性を付けた円筒状永久磁石で、（Ａ）は
その斜視図、（Ｂ）はその平面図である。

【図４】従来の小型モータの主要部の平面図である。

【図５】従来の小型モータに用いられているクローポー
ル型アウターステータの縦断面図である。

【図６】従来の小型モータに用いられているクローポー
ル型アウターステータの分解斜視図である。

【符号の説明】

１クローポール型アウターステータ２ロータ２１磁極２２矢印３磁極爪４コイルボビン５プレートヨーク５１蓋部６カップ状ヨーク６１蓋部６２外周壁部７永久磁石型ロータ７１円筒状フェライト磁石７２端部ヨーク８スリーブ状ヨーク８１非磁性材部分８２ａ、８２ｂ磁極爪

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸の方向に磁化した永久磁石と、この永久磁石の両磁極部の各々に取り付けた端部ヨーク
と、両端部ヨーク間の外周を覆いその間を磁気的に接続して
いるスリーブ状ヨークとを持ち、このスリーブ状ヨークの外周円周に沿って非磁性材部分
を形成し、スリーブ状ヨークの残余の部分に端部ヨーク
の各々から軸方向に延びた複数個の磁極爪がその外周円
周方向に並ぶとともに、端部ヨークの他方から延びた磁
極爪と、その間に前記非磁性材部分を介して交互に組み
合せられている構成をした磁極爪部とになっていること
を特徴とする小型回転機用永久磁石型ロータ。
【請求項２】前記永久磁石は回転軸の方向に異方性
が付けられていることを特徴とする請求項１記載の小型
回転機用永久磁石型ロータ。
【請求項３】前記スリーブ状ヨークは複合磁性材料
から形成されており、前記非磁性材部分はその複合磁性
材料からなるスリーブ状ヨークのオーステナイト相であ
ることを特徴とする請求項１あるいは２記載の小型回転
機用永久磁石型ロータ。