WO2004008607A1

WO2004008607A1 - 磁石モータ

Info

Publication number: WO2004008607A1
Application number: PCT/JP2002/007004
Authority: WO
Inventors: Tsukasa Taniguchi; Hiroyuki Mikami; Satoshi Kikuchi; Mamoru Kimura; Shinichi Wakui
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-01-22
Also published as: JPWO2004008607A1

Abstract

複数の電機子巻線を施した固定子内に配置した磁石回転子を有する回転子において、前記磁石はNd-Fe-B等の磁石粉末とカーボン等の粒、短線又はメッシュの混合体を一括して型に入れて樹脂で固めたボンド磁石を用いることである。ボンド磁石の機械的な強度を確保できるので、磁石の外周に補強材が不要になり、磁石と固定子のギャップ長を小さくでき小形軽量が可能となる。更に一括して型に入れて樹脂で固めるので寸法精度も確保でき、仕上げの再加工が不要になり、生産性を向上できる。上記のように磁石粉末ど補強材を一体に樹脂で固めるので生産性と仕上り精度が向上できるので、小形で安価な磁石モータを実現できる。

Description

明細書

磁石モー夕技術分野

本発明は、回転子表面にボンド磁石を配置した磁石モー夕に関するものである。背景技術

永久磁石モー夕は、回転速度を高くして小形軽量化を図っている。更に小形化を図るため、回転子の磁石に N d— F e— B合金や S m— C 0合金等の高工ネルギ一磁石を使用している。一般に、磁石材料は機械的な強度が弱く、高速回転での使用を可能にするために回転子の磁石表面を補強材で補強することが多い。補強材としては、軽量で高強度のカーボン繊維やセラミック繊維が使用されている。前述の従来技術は、特開平 10-210690号公報に開示されているように、 N d— F e— B合金や S m _ C o合金等の磁石を焼結した後で、回転子の外周や内周にカーボン繊維等を配置するとともに、セラミック繊維やカーボン繊維等を混入した樹脂材で一体に固める方法である。

上記従来技術においては、 N d _ F e— B合金や S m— C o合金等の磁石を焼結した後に、補強材としてのカーボン繊維等を樹脂を用いて磁石に貼り付けている。このため、カーボン繊維等が回転子の磁石表面と固定子の間に介在することになり、磁石表面と固定子の間のギャップ長が増加することになる。一方、同じ磁束密度を得るために、磁石の大きさは、ギャップ長に比例して大きくなる。磁石が大きくなると遠心力が大きくなり、補強材も増量する必要がある。そのために従来技術では磁石モー夕の大幅な小形化が難しかった。

また、従来技術では磁石を一旦焼結しているため、寸法精度が出し難くなる。このため、特開平 10-210690号公報では、焼結後に外周を研削して精度を確保しているが、加工工程が増えるので高価となる不具合があった。本発明の目的は、このような不具合を解消し、更に小形軽量で生産性の優れた安価な永久磁石モー夕を提供することである。発明の開示

本発明は、複数の電機子卷線を施した固定子と、この固定子の内周に配置した永久磁石を有する回転子を備え、この永久磁石は磁石粉末、たとえば、 N d— F e— B合金と、補強材、たとえば、力一ボンの粒、短線、又はメッシュの混合体とを一括して型に入れてバインダー、たとえば、樹脂で固めたボンド磁石を用いるものである。これにより、ボンド磁石の機械的な強度を確保できるので、磁石の外周に補強材を設けることが不要になる。補強材を除去できれば、永久磁石と固定子のギャップを小さく出来、小形軽量化が可能となる。更に、一括して型に入れ、樹脂で固めるので、寸法精度も確保でき、仕上げの再加工が不要になり、生産性を向上できる。

上記のように磁石粉末と補強材を一体に樹脂で固めるので、生産性が向上し、精度向上ができ、その結果小形で安価な永久磁石モータを実現できる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明のボンド磁石モー夕の一実施例の基本的な構造を示す横断面図である。

図 2は、本発明の一実施例を示すボンド磁石の横断面図である。

図 3は、本発明の他の実施例を示すボンド磁石の断面図である。

図 4は、本発明のボンド磁石の製造時の説明図である。

図 5は、本発明の他の実施例を示すボンド磁石の製造時の説明図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の永久磁石モー夕を 3相、 2極のモータに適用した実施例を図面を用いて説明する。

永久磁石モ一夕の一実施例を示す図 1において、固定子 2は、固定子ヨーク 5 に設けられた 2 4個のスロット 6と、それらのスロット 6に施された 3相の巻線 7を備えている。固定子 2の内側に回転子 1が配置され、回転子 1は、ボンド磁石 3と磁性体である回転子ヨーク 4で構成され、回転軸 8に固定されている。ボンド磁石 3は、 N d— F e— B合金等の磁石粉末と、補強材、たとえば、カーボンの粒又は短線の混合体を樹脂で固めたものである。

従来のこの種のモータは、遠心力による回転子 1の破壊を回避するために、回転子 1の外周を補強材で取り巻いており、回転子 1に設けられた磁石の外周と、固定子 2の内周とのギャップ、距離が大きくなつていた。しかしながら、本発明のボンド磁石 3は、遠心力に対する耐性が大きく、補強材によってその外周を取り巻く必要がない。回転子 2の外周は直接ボンド磁石 3の表面が露出しているので、ボンド磁石 3の外周と固定子 2とのギャップ、距離を小さくすることができる。このギャップは、モ一夕の容量によって異なるが約 0 . 4〜0 . 6 mmである。

図 2に本発明のボンド磁石 3の内部の詳細構造を模式的に示した。ボンド磁石 3の内部は、 N d— F e _ B合金の磁石粉末 3 1の中にカーボンの補強材 3 2が混在されており、それを樹脂 3 3で固めている。このように補強材 3 2を磁石粉末 3 1内に分布させて配置すると、その強度が格段に強化され、ボンド磁石 3の表面に補強材を配置しなくとも十分な強度を保持できる。このため、ボンド磁石 3の外周に補強材を巻いて補強する必要がなくなるため、ボンド磁石 3の外周と固定子 2の内周のギャップを 0 . 4〜0 . 6 mmにすることが可能となった。これにより、小形軽量化と生産性の向上を図ることができる。

本実施例では、磁石粉末 3 1として、 N d— F e— B合金の磁石粉末 3 1を使用したが、 S m— C o磁石やフェライト磁石など永久磁石に属するものであれば何でもよい。また、補強材 3 2として、本実施例では力一ボンの粒や短線で構成したが、ボンド磁石 3の所定の機械強度が確保できるならば、カーボンに限らずガラス、セラミックや金属を用いてもよい。

図 3は、本発明の回転子 3の他の実施例であり、ボンド磁石 3はメッシュ状のカーボン繊維 3を外周に配置し、 N d— F e— B合金の磁石粉末 3 1と樹脂 3 3 を流し込み一体に固めたボンド磁石 3の内部を一部詳しく模式的に示した。ボンド磁石 3の内部は図示のように、メッシュ状にしたカーボン等の補強材 3 2をボンド磁石 3の表面に配置し、 N d— F e— B合金の磁石粉末 3 1と樹脂 3 3をそこに流し込んで固めたものである。カーボンの補強材 3 2のメッシュ内部にも磁石粉末 3 1が入り込むため、図 2の実施例よりも磁石の強度向上を図ることが可能となり、より一層、小形軽量化ができる。

本実施例でも、磁石粉末 3 1として N d— F e— B合金の磁石粉末を挙げたが、磁石粉末 3 1は他に S m— C o合金やフェライトなど永久磁石に属するものであれば何でもよい。また、補強材 3 2として力一ボンの粒や短線で構成したが、ボンド磁石 3の所定の機械強度が確保できるならば、カーボンに限らずガラス繊維、セラミック繊維や金属繊維を用いてもよい。

図 4は本発明のボンド磁石 3を作る場合の装置の一例を示す。この例は磁石粉末 3 1と補強材 3 2、樹脂 3 3を混練して成形型に流し込む方法である。成形型は下型 1 0と上型 1 1の 2つ割れの型で構成する。作成手順としては、まず成形型に混練した磁石粉末 3 1と補強材 3 2、樹脂 3 3を混合圧力容器 1 4から注入パイプ 1 3を通して流し込む。

次に圧力を加えて樹脂を型の隅々まで入り込ませ、樹脂が固まったら下型 1 0 と上型 1 1を外してボンド磁石 3を取り出す。そして、図 3の補強材 3 2のメッシュを使う場合は下型の外周に力一ボン等の補強材メッシュ 3 2を挿入し、上型をかぶせて成形型に混練した磁石粉末 3 1と樹脂 3 3を混合圧力容器 1 4から注入パイプ 1 3を介して流し込んで固めることによって作成する。

特に磁石粉末 3 1が異方性の場合は、柔らかいうちにボンド磁石 3に磁界を加えた後、固めれば、磁石粉末の方向が揃い、より強い磁石が得られる。その目的で、磁界を発生する磁界発生コイル 1 5を成形型の両サイドに配置してある。磁石粉末が等方性の場合は、混合体が固まる前でも後でも良い。

図 5は本発明のボンド磁石 3と回転子ヨーク 4、回転軸 8を一体に作る場合の装置の一例を示す。図 4と同じ記号は同じ動作をする物である。この例も図 4と同様に成形型は下型 1 0と上型 1 1の 2つ割れの型で、下型の中に回転軸 8と回転子ヨーク 4を図示のように挿入し、上型をかぶせて成形型に混練した磁石粉末 3 1と補強材 3 2、樹脂 3 3を混合圧力容器 1 4から注入パイプ 1 3を介して流し込み、圧力を加えて樹脂を型の隅々まで注入し、樹脂が固まったら下型 1 0と上型 1 1を外して、ボンド磁石 3、回転子ヨーク 4および回転軸 8が一体化した回転子を取り出す。

また、図 3のカーボンやセラミック等の補強材 3 2のメッシュを使う場合は、下型の外周にカーボンメッシュ 3 2を挿入し、上型をかぶせて成形型に混練した磁石粉末 3 1と樹脂 3 3を混合圧力容器 1 4から注入パイプ 1 3を介して流し込んで固める。また、この例でもボンド磁石 3に磁界を加えて固めれば、磁石粉末の方向が揃い、より強い磁石が得られるため、磁界を発生する磁界発生コイル 1 5を成形型の両サイドに配置してある。

以上の例では 3相 2極、 2 4スロットの例で示したが相数、極数、スロット数が変わっても同じ効果を得ることが出来ることはいうまでもない。

本発明によれば、小形軽量で生産性の優れた安価な磁石モー夕を得ることが可能となる。

産業上の利用可能性

以上述べたような永久磁石モー夕は、比較的小型な家庭用モ一夕として好適でめる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の電機子卷線を施した固定子と、前記固定子の内側で回転するように回転軸に固定され、永久磁石を有する回転子を備え、前記永久磁石は少なくとも磁石粉末と補強材を含む混合体をバインダ一で固めたボンド磁石であることを特徴とする磁石モー夕。

2 . 複数の電機子卷線を施した固定子と、前記固定子の内側で回転するように回転軸に固定され、永久磁石を有する回転子を備え、前記永久磁石は磁石粉末と、カーボン粒、カーボンの短線のうち少なくとも一つを含む補強材との混合体を樹脂で固めたボンド磁石であることを特徴とする磁石モー夕。

3 . 複数の電機子卷線を施した固定子と、その内側で回転する回転軸に固定した永久磁石を設けた回転子を備え、前記永久磁石はメッシュ状のカーボン繊維を外周に配置し、磁石粉末と樹脂の混合体を流し込み一体に固めたボンド磁石であることを特徴とする磁石モ一夕。

4 . 複数の電機子卷線を施した固定子と、その内側で回転する回転軸に固定した磁石を設けた回転子を有する磁石モ一夕において、前記磁石はメッシュ状の力一ボン繊維を外周に配置し、磁石粉末と、カーボン粒、カーボンの短線のうち少なくとも一つを含む混合体を樹脂で固めたボンド磁石であることを特徴とする磁石モー夕。

5 . 請求項 2において、前記磁石粉末と、補強材と、樹脂を流し込み所定の磁界をかけて着磁した後、一体に固めた永久磁石モー夕。

6 . 請求項 2において、前記回転軸一緒に前記磁石粉末と、補強材と、樹脂を流し込んで一体に固めた磁石モー夕。

7 . 複数の電機子卷線を施した固定子と、前記固定子の内側で回転するように回転軸に固定され、永久磁石を有する回転子を備え、前記永久磁石は少なくとも磁石粉末と補強材の混合体をバインダ一で固めたボンド磁石であり、前記回転子のボンド磁石の外周と前記固定子の内周との間に形成される空隙が 0 . 4 mir！〜

0. 6 mmの範囲であることを特徴とする磁石モー夕。

8. 請求項 7において、前記補強材は、カーボン粒、カーボンの短線のうち少なくとも一つを含む磁石モー夕。