平井 伸之 (〒77 埼玉県熊谷市三ヶ尻５２００ 日立金属株式会社熊谷製作所内 Saitama, 3608577, JP)
日立金属株式会社 (〒14 東京都港区芝浦１丁目２－１ Tokyo, 1058614, JP)
HIRAI, Nobuyuki (Kumagaya Works, 5200, Mikajir, Kumagaya-shi Saitama 77, 3608577, JP)
| 内面の少なくとも一ヶ所に軸線方向溝部を有するラジアル異方性リング磁石を製造する方法であって、円柱状の磁性コアと、前記溝部に対応する軸線方向突条部を外面に有し、前記磁性コアの外周に設けられた磁性コアスリーブと、前記磁性コアスリーブとの間に前記ラジアル異方性リング磁石を形成するためのキャビティを形成する円筒状磁性外型を有する金型を使用し、前記キャビティに入れた磁粉に対してラジアル方向の磁場を印加しながら圧縮成型することを特徴とする方法。 |
| 請求項1に記載の方法において、前記圧縮成型時に印加する磁場における前記磁性コアスリーブの磁束密度A及び前記磁粉の磁束密度Bが、次式: 0.65≦A/B≦1.2 を満たすことを特徴とする方法。 |
| 請求項1又は2に記載の方法において、前記磁性コア及び前記磁性外型の4πIsが1.7 T超であることを特徴とする方法。 |
| 請求項1~3のいずれかに記載の方法において、前記ラジアル異方性リング磁石が、実質的にR-TM-B(ただし、RはYを含む希土類元素の少なくとも1種、TMは遷移金属の少なくとも1種、Bは硼素)からなることを特徴とする方法。 |
| 請求項1~4のいずれかに記載の方法において、前記ラジアル異方性リング磁石の内面に形成された溝部以外の部分を、所定の内径寸法に研削する工程を有することを特徴とする方法。 |
| 内面の少なくとも一ヶ所に軸線方向溝部を有するラジアル異方性リング磁石の製造に用いる金型であって、円柱状の磁性コアと、前記磁性コアの外周に設けられた磁性コアスリーブと、前記磁性コアスリーブとの間に前記ラジアル異方性リング磁石を形成するためのキャビティを形成する円筒状磁性外型とを有し、前記磁性コアスリーブの外面に前記溝部に対応する軸線方向突条部を有することを特徴とする金型。 |
| 請求項1~5のいずれかに記載の方法によって製造されたことを特徴とするラジアル異方性リング磁石。 |
| 請求項7に記載のラジアル異方性リング磁石において、着磁極間の中心線が前記溝部と重ならないように着磁されたことを特徴とするラジアル異方性リング磁石。 |
| 実質的にR-TM-B(ただし、RはYを含む希土類元素の少なくとも1種、TMは遷移金属の少なくとも1種、Bは硼素)からなるラジアル異方性リング磁石であって、内面の少なくとも一ヶ所に軸線方向溝部を有し、着磁極間の中心線が前記溝部と重ならないように着磁されたことを特徴とするラジアル異方性リング磁石。 |
| 請求項7~9のいずれかに記載のラジアル異方性リング磁石と、前記ラジアル異方性リング磁石の前記溝部の少なくとも一カ所に対応する軸線方向突条部を有するローターヨークとを同心に固着してなることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。 |
本発明は、内面の少なくとも一ヶ所に軸 方向に形成された溝部を有するR-TM-B系ラジ ル異方性リング、その製造方法、及びそれ 製造するための金型、並びに前記ラジアル 方性リング磁石を用いたブラシレスモータ ロータに関する。
実質的にR-TM-Bからなる永久磁石は安価で い磁気特性を有するため広く使われている R-TM-B系磁石は優れた磁気特性を有するとと に機械的強度が大きく脆さが少ないため、 結時の収縮に伴う内部応力にも耐えうる。 ってラジアル異方性及び多極異方性のリン 磁石の製造が容易であり、モータの高出力 ・小型化が可能である。
ラジアル異方性リング磁石をブラシレス ータの回転子に使用する場合、ローターヨ クとリング磁石とを接着剤や射出成型樹脂 介して固定することが多い。しかし、今般 モータ等への高品質及び高い信頼性の要求 ら、リング磁石とローターヨークとの接合 度の低下による空転をさけるための様々な 案がなされている。
特開平10-201152号は、焼結時に形成される 周面の凹凸形状を維持したままの極異方性 ング磁石と、前記内周面の凸部に対応する 置に凹部を設けたローターヨークとを、前 凸部と前記凹部との位置が一致するように 合させ、さらに充填部材によって接着強度 高めた永久磁石回転子を開示しており、前 のように凹凸形状を加工せずにそのまま利 することで、環状永久磁石の回転子軸への 着強度を上げることができると記載してい 。しかしながら、前記内周面の凹凸を加工 ずにそのまま用いると内径寸法のばらつき 大きくなるため、挿入するローターヨーク 径と磁石内径寸法にある程度の余裕を持た る(ギャップを大きくする)必要があり、磁 の磁気特性を十分に発揮できない。
特開2005-304178号は、磁極に対応して内面 軸線方向に形成された凹部を有し、前記凹 以外の部分が所望の内径に研磨された焼結 ング磁石と、前記凹部に対応して外周面の 線方向に凸部が形成されたローターヨーク を嵌合させて、リング磁石とローターヨー との空転を防止する技術を開示している。 開2005-304178号は、極異方性リング磁石を焼結 するときに、磁粉の配向による収縮の異方性 により磁石内周面に形成された凹凸のうち凸 部を研磨することによって、リング磁石内面 に軸線方向凹部を形成できると記載している 。磁石内周面の凸部を研磨するため、ロータ ーヨークと磁石内面とのギャップを一定に保 つことができる。しかし所詮極異方性磁石の 磁場配向による凹凸部を利用しているため、 使用できる磁石が極異方性磁石に限られ、ラ ジアル異方性磁石には応用できない。
特開平10-201152号、特開2005-304178号等に記 された極異方性リング磁石は、着磁後の表 磁束密度波形のピークが高く、波形も正弦 に近いなどの特徴を有するが、最終的に得 れる波形パターンになるように成型時に磁 を配向させるため、給粉のばらつきにより 形が乱れる等、成型要因の磁気特性のばら きが発生しやすい。また極配向が必要なた 、磁石の径方向の肉厚を厚くする必要があ 。これに対してラジアル異方性磁石は、同 磁石でも着磁方法により異なる波形パター が得られ、モータ設計の自由度が大きい。 のため、様々なモータ用磁石として広く採 されている。このような背景から、ロータ の周り止めを確実に行うことのできる、安 なラジアル異方性リング磁石が待ち望まれ いた。
ラジアル異方性リング磁石を用いたロー はモータの回転子として広く使用されてい が、着磁後の表面磁束密度波形は正弦波に づけるのが難しく、台形状になってしまう( 磁極端部での磁束密度が急激に変化する)た 、コギング特性が悪化する場合がある。コ ングトルクが悪化すると、モータに騒音や 動が発生するため、モータ設計においてコ ングトルクをいかに小さくするかが、大き 課題の一つとなっている。
特開平3-265102号は、内周面又は外周面に なくとも1個以上の軸方向溝を設けたラジア 異方性リング磁石を開示しており、焼結時 冷却過程で発生する引張応力や圧縮応力を 部で吸収しクラックの発生を防止できると 載している。内周面又は外周面の溝は、非 性体の軸線方向突条部を有する金型によっ 成型すると記載している。しかし特開平3-26 5102号に記載の方法では、前記非磁性体の突 部と磁性粉末との成型時の磁場における磁 密度の差が大きいため、磁石の溝部近傍で 粉の配向が乱れ、焼成時に変形や割れが発 する。また前記磁石をモータの回転子とし 使用した場合、着磁後の表面磁束密度波形 乱れのため、コギングトルクが悪化する。
特開2005-79423号は、周面に凹凸を有するラ ジアル異方性リング磁石を製造するための金 型であって、強磁性体に取り囲まれて形成さ れた円筒状のキャビティの周面に、軸線方向 に非磁性体の凹凸部が形成された金型を開示 しており、成型時の磁粉の配向乱れを小さく できると記載している。この金型はキャビテ ィ内に磁性体である磁粉がない状態の磁場配 向に基づいて設計されているため、成型時の 配向磁場における前記非磁性体の凹凸部と磁 性粉末との磁束密度の差が大きくなる。その ため、特に凹凸の周期が短い場合、磁石の凹 部付近での磁粉の配向が大きく乱れ、焼成時 に変形や割れが発生する。前述のように、磁 粉の配向が大きく乱れたリング磁石をモータ の回転子として使用した場合、着磁後の表面 磁束密度波形が乱れコギングトルクが悪化す る。
異方性焼結磁石の焼結後の変形を抑え磁 特性を向上させるために、特開平9-45568号は 、少なくともキャビティ空間を構成する側の 面部分を、飽和磁化4πIsが0.5~1.2 Tの磁性を有 する部材にて構成した金型を用いて磁場中圧 縮成形を行う方法を開示している。しかし、 特開平9-45568号の記載の方法は、直方体のよ に平面で構成された磁石を成型する場合に いての発明であり、特開平9-45568号は、内周 に部分的に凹凸を有しさらにラジアル配向 ているリング磁石において、前記凹凸部近 の変形を積極的に抑えるための技術につい は開示していない。また金型部材として4πI sが1.2 Tを超える磁性材についても記載して ない。
従って、本発明の目的は、ブラシレスモ タの回転子において、コギングトルクを悪 させずに、ロータとの回転時の周り止めを 実に行うことのできるラジアル異方性リン 磁石、その製造方法、及びそれを製造する めの金型、並びに前記ラジアル異方性リン 磁石を用いたブラシレスモータ用ロータを 供することである。
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明 らは、(1)ラジアル異方性リング磁石の磁場 圧縮成型を行うための金型において、円柱 の磁性コアに軸線方向突条部を有する磁性 コアスリーブを設けること、及び(2)着磁極 の中心線が内面に設けられた溝部と重なら いように着磁されたラジアル異方性リング 石により、コギングトルクを悪化させずに 転時のロータと磁石の周り止めを確実に行 ることを見出し、本発明に想到した。
すなわち、内面の少なくとも一ヶ所に軸 方向溝部を有するラジアル異方性リング磁 を製造する本発明の方法は、円柱状の磁性 アと、前記溝部に対応する軸線方向突条部 外面に有し、前記磁性コアの外周に設けら た磁性コアスリーブと、前記磁性コアスリ ブとの間に前記ラジアル異方性リング磁石 形成するためのキャビティを形成する円筒 磁性外型を有する金型を使用し、前記キャ ティに入れた磁粉に対してラジアル方向の 場を印加しながら圧縮成型することを特徴 する。
前記圧縮成型時に印加する磁場における前
磁性コアスリーブの磁束密度A及び前記磁粉
の磁束密度Bは、次式:
0.65≦A/B≦1.2
を満たすのが好ましい。
前記磁性コア及び前記磁性外型の4πIsは 1.7 T超であるのが好ましい。
前記ラジアル異方性リング磁石は、実質 にR-TM-B(ただし、RはYを含む希土類元素の少 くとも1種、TMは遷移金属の少なくとも1種、 Bは硼素)からなるのが好ましい。
前記ラジアル異方性リング磁石の内面に 成された溝部以外の部分を、所定の内径寸 に研削する工程を有するのが好ましい。
本発明のラジアル異方性リング磁石は、 質的にR-TM-B(ただし、RはYを含む希土類元素 少なくとも1種、TMは遷移金属の少なくとも1 種、Bは硼素)からなるラジアル異方性リング 石であって、内面の少なくとも一ヶ所に軸 方向溝部を有し、着磁極間の中心線が前記 部と重ならないように着磁されることを特 とする。
本発明のラジアル異方性リング磁石は、 記製造方法によって製造されるのが好まし 。本発明のラジアル異方性リング磁石は、 磁極間の中心線が前記溝部と重ならないよ に着磁されるのが好ましい。
本発明のブラシレスモータ用ロータは、 記ラジアル異方性リング磁石と、前記ラジ ル異方性リング磁石の前記溝部の少なくと 一カ所に対応する軸線方向突条部を有する ーターヨークとを同心に固着してなること 特徴とする。
内面の少なくとも一ヶ所に軸線方向溝部 有するラジアル異方性リング磁石の製造に いる本発明の金型は、円柱状の磁性コアと 前記磁性コアの外周に設けられた磁性コア リーブと、前記磁性コアスリーブとの間に 記ラジアル異方性リング磁石を形成するた のキャビティを形成する円筒状磁性外型と らなり、前記磁性コアスリーブの外面に前 溝部に対応する軸線方向突条部を有するこ を特徴とする。
本発明のラジアル異方性リング磁石は、 石内面の溝部付近の磁粉の配向乱れがない め、ブラシレスモータ用ロータとして用い 場合、コギングトルクの悪化がない。さら 、リング磁石の溝部とローターヨークの軸 方向突条部とを嵌合することにより確実に ング磁石の周り止めを行うことができるの 、リング磁石とローターヨークとが空転す おそれがない。
本発明の金型及び方法によって製造され 、内面に溝部を有するラジアル異方性リン 磁石は、磁場中成型を行う際に磁粉の配向 乱れが生じないため、ブラシレスモータ用 ータとして用いた場合、コギングトルクの 化がなく、外径の真円度に優れる。
本発明のブラシレスモータ用ロータは、 ギングトルクの悪化がないとともに、リン 磁石の空転が防止されているため、高品質 び高い信頼性を有する。
以下、ラジアル異方性リング磁石として R-TM-B系磁石を中心に本発明を詳細に説明す 。
ラジアル異方性リング磁石は実質的にR-TM -Bからなるのが好ましい。RはYを含む希土類 素の少なくとも1種であり、Nd又はPrを含むの が好ましい。TMは遷移金属の少なくとも1種で あり、Feであるのが好ましい。
ラジアル異方性リング磁石は、R:24~34質量% B:0.6~1.8質量%、残部Feの組成を有するのが好 しい。R:24質量%未満では、残留磁束密度Br及 保磁力iHcが低下する。34質量%超では焼結体 部の希土類に富む相の領域が多くなり、形 も粗大化して耐食性が低下する。B:0.6質量% 満の場合、主相であるR 2 Fe 14 B相の形成に必要なB量が不足し、軟磁性的な 質を有するR 2 Fe 17 相が生成し保磁力が低下する。一方B量が1.8 量%を超えると、非磁性相であるBに富む相が 増加して残留磁束密度Brが低下する。Feの一 (50質量%以下)がCoで置換されていても良く、F eに対して3質量%以下のAl、Si、Cu、Ga、Nb、Mo、 W等の元素を含んでいても良い。
粉砕は粗粉砕と微粉砕とからなる。粗粉 はスタンプミル、ジョークラッシャー、ブ ウンミル、ディスクミル等又は水素吸蔵法 行うのが好ましい。微粉砕はジェットミル 振動ミル、ボールミル等で行うのが好まし 。いずれも酸化を防ぐために、有機溶媒や 活性ガスを用いて非酸化雰囲気中で行うの 好ましい。粉砕粒度は2~8μm(F.S.S.S.)であるの が好ましい。2μm未満では磁粉の活性が高く 化が激しく起こるため焼結時の変形が大き 、磁気特性も悪化する。8μm超では焼結後の 晶粒径が大きくなり容易に磁化反転が起こ 、保磁力の低下を招く。
ラジアル異方性リング磁石の成型は、例 ば、図17(a)に示す成型装置で行う。金型は 柱状の上下コア40a,40bと、円筒状の外型30と 円筒状の下パンチ90と、円筒状の上パンチ100 とを有し、これらに囲まれた空間がキャビテ ィ60を構成する。コアは上コア40a及び下コア4 0bからなり、上コア40aは図17(b)に示すように 下コア40bから離脱可能であり、上パンチ100 キャビティ60から離脱可能である。上コア40a と上パンチ100とは、それぞれ独立に上下動で きる。一対の磁場発生コイル10が上下コア40a, 40bの上下位置に配置されており、密着した上 コア40a及び下コア40bを通して磁力線70をキャ ティ60に印加する。
ラジアル異方性リング磁石の配向磁場強 はコアを通過することができる磁束量に制 される。よって製造する磁石の径が小さい( コアの断面積が小さい)場合には、コアとし 飽和磁化の高い(同じ面積でより多くの磁束 通過させることができる)材質が必要となる 。磁石の径が大きい場合にはこの限りではな く、コアは磁石の形状(寸法)や特性に応じて 宜選ぶことができる。外型に用いる材料も じ理由で磁石径が小さいほど飽和磁化の高 材質が必要である。
磁粉を配向させるためにキャビティ60に印 する半径方向の磁場の強さは、好ましくは15 9 kA/m以上であり、より好ましくは239 kA/m以 である。配向磁場の強さが159 kA/m未満では 磁粉の配向が不十分であり良好な磁気特性 得られない。なお磁場の強さは、キャビテ の径方向中央部で測定した値である。成型 力は0.5~2 ton/cm 2 が望ましい。0.5 ton/cm 2 未満では成型体の強度が弱くなりこわれやす い。また2 ton/cm 2 超では磁粉の配向が乱れ、磁気特性が低下す る。
内面に溝部を有するリング磁石を磁場中 縮成型するための金型の一例を図1に示す。 金型は、円柱状のコア40と、前記コア40の外 に設けられた軸線方向に突条部41を有するコ アスリーブ45と、前記コア40との間にキャビ ィ60を形成する円筒状の外型30と、前記外型3 0の内面に設けられた外型スリーブ47とからな る。軸線方向とは、円筒状のコアスリーブの 中心軸と平行な方向であり、図1において紙 と垂直な方向である。コアスリーブ45は、図 2に示すように、コア上部の突起部42とコア下 部に固定される環状の止め部材43とでコア40 外周に固定され、さらに接着剤により接着 れている。前記止め部材43は、ねじ44によっ 固定されている。この金型を用いて成型す ことにより、内面に溝部を有するリング磁 が得られる。本発明において、前記コア40 コアスリーブ45及び外型30は磁性体からなる
成型時に印加する磁場における前記コア リーブの磁束密度Aは、成型する磁粉の磁束 密度Bに対して、0.65≦A/B≦1.2を満たす値であ のが好ましい。前記コアスリーブに非磁性 を用いた場合、磁場印加時の磁束密度は真 の透磁率を適用した場合とほぼ等価と考え ことができ、コアスリーブに磁性体を用い 場合に比べて低い値となる。A/Bの値が0.65未 満、つまり前記コアスリーブの磁束密度が小 さく非磁性体に近い場合、成型時の磁粉の乱 れが大きくなる。A/Bの値が1.2超、つまり前記 コアスリーブの磁束密度が大きい場合、スリ ーブと磁粉との磁束密度の差が大きくなり、 成型時の磁粉の乱れが大きくなる。A/Bの値は 、さらに好ましくは0.8≦A/B≦1.2であり、より 好ましくは0.9≦A/B≦1.15である。
前述のように磁性コアスリーブの磁気特 をコントロールすることで、飽和磁化4πIs 高い円柱状磁性コアから放射状に広がった 束の密度を、磁性コアスリーブを通過する に磁粉の磁束密度と同程度まで低下させる とができる。その結果、金型コアスリーブ 突条部近傍での磁粉の配向乱れを抑えるこ ができる。
円柱状磁性コアに、軸線方向に突条部を する磁性スリーブを直接被せてもよいが、 記円柱状磁性コアと前記磁性スリーブとの 間の磁気特性(圧縮成型時に印加される磁場 における磁束密度)を有する材質のスリーブ 、それらの間に介在させてもよい。このよ な構成により、コアから放射状に広がった 束がスリーブに進入する際に、磁束密度を らに滑らかに低下させ、成型時の磁場にお る磁粉の磁束密度に合わせることができる
コアスリーブは耐摩耗性に優れた材質で るのが好ましく、具体的には超硬合金(Ti、Z r、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo及びWからなる群から ばれた少なくとも1種の金属の炭化物とFe、Ni 、Co等の金属との合金)が好ましい。超硬合金 は組成や製造方法によって磁気特性が変化す る。例えばWC-Co系超硬合金の場合Coの含有量 よって飽和磁化が変化する。コアスリーブ 、例えば、318 kA/mの磁場中における磁束密 が0.6~1 Tになる材料を選ぶのが好ましく、0.8 ~1 Tになる材料がより好ましい。0.6 T未満で 前記コアスリーブの磁束密度が小さく非磁 体に近いため、成型時の磁粉の乱れが大き なる。1 T超の場合は前記コアスリーブの磁 束密度が磁粉に対して大きいため、成型時の 磁粉の乱れが大きくなる。
外型スリーブは、コアスリーブに比較し 磁性の影響が極めて小さいため、磁性体の リーブであっても非磁性体のスリーブであ てもよい。外型スリーブの成型時の磁束密 Cは、成型時の磁粉の磁束密度Bとの間にC/B 1.2の関係を満たすのが好ましい。従って、 型スリーブの材質は、成型時における磁粉 の摩擦による磨耗を防ぐための耐摩耗性等 量産上の問題を考慮し適宜決めればよい。 型スリーブの厚さは耐摩耗性を発揮し、か 磁束密度の低下が少ない厚さを適宜選択す ば良い。
焼結は、真空又はアルゴン雰囲気中で、1 000~1150℃で行うのが好ましい。1000℃未満では 焼結不足により、必要とされる密度が得られ ず、磁気特性が低下する。1150℃超では過焼 により、変形や磁気特性の低下が発生する 焼結は、成型体を拘束状態、特にリング内 に円柱体を挿入した状態で行うのが好まし 。拘束状態で成型体を焼結することによっ 、ラジアル異方性リング磁石の真円度が向 する。
焼結は、Mo製の耐熱容器中にMo板を入れそ の上に成型体を置き行う。Mo板が圧延材で表 粗さが低い場合、焼結体とMo板の焼き付き 発生しやすく、さらにMo板とラジアル異方性 リング磁石成型体の下部(接触面)との摩擦抵 が大きいため、焼結に伴う収縮の過程でラ アル異方性リング磁石が変形し真円度が低 する。Mo板への焼結体の焼き付きを防止す ために、Mo板の表面粗さを機械加工等により 高め、成型体との接触面積を減らすのが望ま しい。前記機械加工としては、ブラスト処理 が好ましい。ブラスト後のMo板の表面粗さ(JIS R6001-1983)は、Rmaxで5μm~100μmが好ましく、7μm~50 μmがより好ましく、10μm~30μmがさらに好まし 。5μm未満では、焼結体とMo板の焼き付きが 生しやすく、焼結時に磁石が変形する。100 m超では、収縮の過程でMo板に焼結体が引っ かり変形する。
焼結の後、前記焼結体に熱処理を施すの 好ましい。熱処理は、後述の加工前に行っ も良いし加工後に行っても良い。
得られた焼結体は、必要に応じて要求さ る寸法に外面、内面及び端面を加工するの 好ましい。加工は外径研磨機、内径研磨機 平面研磨機等の既存の設備を適宜使用でき 。メッキ、塗装、アルミの真空蒸着、化成 理等の表面処理を必要に応じて行うことが きる。
内面に溝部を有するラジアル異方性リン 磁石に、ローターヨークをはめ込み、接着 で接着しブラシレスモータ用ロータを作製 る。ローターヨークの外周には、リング磁 の溝部の少なくとも一カ所に対応した位置 、軸線方向に突条部が形成されている。
ブラシレスモータ用ローターヨーク150に 着されたラジアル異方性リング磁石120は、 えば、図18に示すコイル140を有する着磁ヨ ク130(矢印は着磁を行うときに印加する磁場 方向を示す。)を使用し、図3及び図4に示す うにスキュー角度をつけて、着磁極間の中 線115が前記溝110と重ならないように着磁を うのが好ましい。この時、着磁極中央線180 リング磁石の内面に設けた溝110の中央線111 一部分でも交差するように着磁を行うのが らに好ましい。ここで着磁極間の中心線115( 図4では図示せず。)とは、図4において隣り合 った着磁極中央線180,180aから等距離にあり平 な線である。この着磁極間の中心線115は、 ング磁石の表面磁束密度がゼロとなる点(周 方向の表面磁束密度を示す図5のグラフにお てB=0となる点)をほぼ軸方向に結んだ線であ 。
着磁条件は、ラジアル異方性リング磁石 材質及び寸法によって適宜選定すればよい 、後述の実施例に記載したラジアル異方性 ング磁石の場合、コンデンサ容量1000~2000μF 充電電圧1000~2500 V及び着磁電流8~25 kAであ のが好ましい。着磁電流8 kA未満では、着磁 後に所望の着磁特性が得られない。また、25 kA超で着磁を行っても、着磁後の磁気特性に 向上は見られない。
ローターヨークの外面に、磁石内面の溝 に対応した軸線方向突条部を形成すること より磁石との空転を防止できるが、軸線方 突条部の数は必ずしも溝部と同数である必 はなく、少なくとも1つの軸線方向突条部が あれば十分空転防止の効果を発揮する。例え ば、図13に示すように、6ケ所の軸線方向突条 部を有するローターヨーク220を8ケ所の溝部 有するラジアル異方性リング磁石210に勘合 せると、軸線方向突条部と磁石の溝部とが わさった部分240が6ケ所形成され、ローター ークと磁石の溝部との空隙部分230が2ケ所形 成される。前記空隙部分230は磁石とローター ヨークとの空転防止には効果はないが、6ケ の軸線方向突条部と磁石の溝部とが合わさ た部分240で空転防止の効果を発揮すること できる。図14に示すように、軸線方向突条部 と磁石の溝部とが合わさった部分240が2ヶ所 も十分空転防止の効果がある。
磁石内面の溝部の数よりもローターヨー 外面の軸線方向突条部の数が少ない方が好 しい。ラジアル異方性リング磁石成型体を 結する際に、耐熱容器中のMo板とリング磁 成型体下部との摩擦抵抗が大きいと、焼結 の一部が変形することがある。その結果、 石内面の溝部がローターヨーク外面の突条 とうまく勘合しない場合が発生する。ロー ーヨーク外面の突条部の数を磁石内面の溝 の数より少なくすることにより、変形して ない磁石内面の溝部を利用して突条部を勘 させることができ、歩留まりの悪化や、リ グ磁石又はローターヨークの再加工等によ 非効率を防止することができる。
軸線方向突条部の長さは、図15に示すよ に磁石の軸方向の長さと同じであってもよ が、必ずしもその必要はなく、図16に示すよ うに磁石とローターヨークの空転が防止でき る程度の長さがあればよい。
ローターヨークは電磁鋼板を重ねた積層 板を使用しても良い。図中ローターヨーク シャフトは省略したが、作製するモータの イズ及び用途に応じて適宜設けることがで る。
実施例1
焼結体101の作製(本発明例)
SK3製の外型30、非磁性の超硬の外型スリー
47、パーメンダー製のコア40、フジロイ超硬
金D40(冨士ダイス株式会社製)製のコアスリ
ブ45からなる金型を有する、図17(a)及び図17(b
)に示す成型装置を用いて磁場中圧縮成型(磁
強度:318 kA/m)し、内面に均等に8ヶ所の溝部
有するR-TM-Bラジアル異方性リング磁石[Nd:23.
6質量%、Dy:2.2質量%、Pr:6.6質量%、B:1質量%、残
Fe及び不可避不純物を有する]の成型体を得
。前記コアスリーブ45は円形のコア40と同軸
であり、軸線方向に突条部42を有していた。
記外型スリーブ47は外型30の内面に設けられ
ていた。成型時の磁場におけるコアスリーブ
とR-T-B系磁粉の磁束密度比A/Bは0.7であった。
の後Mo容器内に敷いたMo板の上に、リング内
部に円柱体を挿入した状態の成型体を置いて
焼結を行った。さらに熱処理を施しリング磁
石焼結体を得た。
焼結体102の作製(本発明例)
フジロイ超硬合金D40製のコアスリーブ45及
フジロイ超硬合金D40製の外型スリーブ47を有
する金型を用いた以外は焼結体101と同様にし
てラジアル異方性リング磁石焼結体を作製し
た。成型時の磁場におけるコアスリーブとR-T
-B系磁粉の磁束密度の比A/Bは0.7であった。
焼結体103の作製(本発明例)
フジロイ超硬合金D60(冨士ダイス株式会社製
)製のコアスリーブ45を有する金型を用いた以
外は焼結体101と同様にしてラジアル異方性リ
ング磁石焼結体を作製した。成型時の磁場に
おけるコアスリーブとR-T-B系磁粉の磁束密度
比A/Bは1.1であった。
焼結体104の作製(本発明例)
フジロイ超硬合金D60製のコアスリーブ45及
フジロイ超硬合金D60製の外型スリーブ47を有
する金型を用いた以外は焼結体101と同様にし
てラジアル異方性リング磁石焼結体を作製し
た。成型時の磁場におけるコアスリーブとR-T
-B系磁粉の磁束密度の比A/Bは1.1であった。
焼結体105の作製(比較例)
図6に示す、軸線方向に突条部41が設けられ
パーメンダー製のコア40を有する金型(コア
リーブを有さない)を用いた以外は焼結体101
と同様にしてラジアル異方性リング磁石焼結
体を作製した。成型時の磁場におけるコアと
R-T-B系磁粉の磁束密度の比A/Bは2.4であった。
の場合Aの値として、パーメンダーの飽和磁
束密度4πIs=2.2 Tを用いた。
焼結体106の作製(比較例)
非磁性の超硬のコアスリーブ45を用いた以
は焼結体101と同様にしてラジアル異方性リ
グ磁石焼結体を作製した。成型時の磁場に
けるコアスリーブとR-T-B系磁粉の磁束密度の
比A/Bは0.4であった。磁場強度318 kA/mにおける
非磁性のコアスリーブの磁束密度は、非磁性
体の透磁率を真空の透磁率と等価として計算
した値A=0.4 Tを用いた。
実施例1において金型に用いた各材料の磁 気特性を表1に示す。D40の磁束密度は、表1に 載の範囲において磁場強度に対して比例関 にあり、159 kA/mの磁場中で0.4 Tの磁束密度 有し、318 kA/mの磁場中で0.6 Tの磁束密度を していた。同様にD60、G7及びR-TM-B系磁粉の 場強度と磁束密度との間にも、表に記載の 囲で比例関係があった。
得られた焼結体101~106の外面の変形度を、 外径の真円度(JIS B0621)を磁石直径で割った値 で評価した。実施例1において磁場中成型に いた金型の構成、及び作製した焼結体の外 の変形度を表2に示す。
焼結体105(比較例)において、焼結及び熱 理後に内面の溝部に対応した外面の位置に ずかに変形が認められた。この変形は磁場 成型時に用いる金型のコアと磁粉との磁束 度の差によって生じたと考えられる。コア あるパーメンダーの磁束密度は、表1に示す うに、キャビティ内の磁粉の磁束密度に比 て高いため、成型時に印加される磁場によ て生じるコア中心から放射状に広がる磁束 、図6に示すように、コア40とキャビティ60 の界面ではコアの外周面に垂直に広がろう する。このため、突条部41以外の部分では磁 束Dのように放射状に広がるが、突条部41では 放射状であった磁束Bが磁束Cのように広がり 磁粉の配向に乱れが生じる。その結果、焼 後のリング磁石は内面の溝部に対応した外 の位置に変形が生じたと考えられる。
焼結体106(比較例)においては、軸線方向 突条部を有するコアスリーブ45は非磁性超硬 材であるため、コアスリーブの磁束密度と表 1に示す磁粉の磁束密度との間に差が生じる そのためコアスリーブがら磁粉に進入する に、磁束は界面を垂直に進行する。従って コアから放射状に広がった磁束は、コアス ーブから磁粉に入る際、コアスリーブの突 部において焼結体105(比較例)の場合と同様広 がり、磁粉の配向に乱れが生じる。その結果 、焼結後のリング磁石は内面の溝部に対応し た外面の位置に変形が生じたと考えられる。
これに対して焼結体101(本発明例)及び焼 体103(本発明例)においては、軸線方向に突条 部を有するD40製又はD60製の磁性コアスリーブ 45をコア40外面に設けたため、表1に示すよう 、コアスリーブ45の磁束密度とキャビティ60 内の磁粉の磁束密度の値が近くなり、図7に すように、コア中心部から広がる磁束Bはス ーブの突条部41で曲がらず、磁束Dと同様に 束Fのように放射状に広がると考えられる。 焼結体102(本発明例)及び焼結体104(本発明例) ように、さらに外型内面に同じ材質のスリ ブを設けた場合、図8に示すように、磁束Fの ように磁束の曲りは少なく、突条部41近傍に いても磁粉の配向に乱れが生じないので、 結体内面の溝部に対応した外面の位置に変 が生じたり、焼結時に割れが発生したりす ことはなかった。
作製したラジアル異方性リング磁石焼結 101(本発明例)及び焼結体105(比較例)について 、図19に示すように、溝部近傍の部分Xと溝部 近傍以外の部分Yを立方体に切り出し、BH特性 を測定した。その結果、焼結体101(本発明例) 溝部近傍の部分Xと溝部近傍以外の部分Yと 磁気特性(残留磁束密度)に差は無かった。そ れに対して、焼結体105(比較例)は溝部近傍の 分Xでの残留磁束密度が溝部近傍以外の部分 Yに比べて数%程度低かった。
ラジアル異方性リング磁石の作製
リング磁石焼結体101~106の外面、内面及び端
面を研磨し、図9に示すように、外径φ30 mm×
径φ24.0 mm×高さ40 mm、内面溝部の深さ0.2 mm
及びR3.0 mmのラジアル異方性リング磁石101~106
を作製した。
実施例2
焼結体201の作製(本発明例)
図1に示すSK3製の外型30、非磁性の超硬の外
スリーブ47、パーメンダー製のコア40、共立
合金製超硬合金エバーロイG7のコアスリーブ4
5からなる金型を有する、図17(a)及び図17(b)に
す成型装置を用いて磁場中圧縮成型(磁場強
度:318 kA/m)し、内面に均等に8ヶ所の溝部を持
つR-TM-Bラジアル異方性リング磁石[Nd:23.6質量%
、Dy:2.2質量%、Pr:6.6質量%、B:1質量%、Co:2質量%
残部Fe及び不可避不純物を有する]の成型体
得た。前記コアスリーブ45は円形のコア40と
同軸であり、軸線方向に突条部を有していた
。前記外型スリーブ47は外型30の内面に設け
れていた。成型時の磁場におけるコアスリ
ブとR-T-B系磁粉の磁束密度比A/Bは1であった(A
=0.9,B=0.9)。その後Mo容器内に敷いたMo板の上に
、リング内部に円柱体を挿入した状態の成型
体を置いて焼結を行った。さらに熱処理を施
し外径φ41.5 mm×内径φ33.0 mm×高さ42.0 mm、内
溝部は深さ0.7 mm及びR3.0 mmのリング磁石焼
体を得た。
焼結体202の作製(本発明例)
外径φ71.6 mm×内径φ62.6 mm×高さ32.0 mm、内
溝部は深さ0.9 mm及びR0.4 mmの形状にした以
は焼結体201と同様にしてラジアル異方性リ
グ磁石焼結体を作製した。
焼結体203の作製(本発明例)
外径φ101.7 mm×内径φ90.7 mm×高さ36.5 mm、内
溝部は深さ0.95 mm及びR0.4 mmの形状にした以
外は焼結体201と同様にしてラジアル異方性リ
ング磁石焼結体を作製した。
焼結体204の作製(比較例)
非磁性超硬材のコアスリーブ45を用いた以
は、焼結体201と同様にしてラジアル異方性
ング磁石焼結体を作製した。成型時の磁場
おけるコアスリーブとR-T-B系磁粉の磁束密度
の比A/Bは0.4であった。磁場強度318 kA/mにおけ
る非磁性のコアスリーブの磁束密度は、非磁
性体の透磁率を真空の透磁率と等価として計
算した値A=0.4 Tを用いた。
得られた焼結体201~204の外面の変形度を、 実施例1と同様に評価した。実施例2において 場中成型に用いた金型の構成、及び作製し 焼結体の外面の変形度を表3に示す。
焼結体201~203(本発明例)はコアスリーブに 性材を用いたため、実施例1の焼結体101~104( 発明例)と同様の理由で外面の変形は抑えら れていた。焼結体204(比較例)は、コアスリー 45に非磁性超硬材を用いたため、磁粉配向 乱れに起因した変形が外周側に生じた。
ラジアル異方性リング磁石の作製
リング磁石焼結体201及び204の外面、内面及
端面を研磨し、外径φ40 mm×内径φ34.0 mm×高
さ40 mm、内面溝部は深さ0.2 mm及びR3.0 mmのラ
ジアル異方性リング磁石201及び204を作製した
。
リング磁石焼結体202の外面、内面及び端 を研磨し、外径φ70 mm×内径φ64 mm×高さ30 m m内径溝部深さ0.2 mm、R0.4 mmのラジアル異方 リング磁石202を作製した。
リング磁石焼結体203の外面、内面及び端 を研磨し、外径φ100 mm×内径φ92 mm×高さ35 mm内径溝部深さ0.3 mm、R0.4 mmのラジアル異方 リング磁石203を作製した。
実施例3
ロータ301(本発明例)の作製
実施例1で作製したラジアル異方性リング磁
石101に、ローターヨークをはめ込み接着剤で
接着した。ローターヨーク150の外面には、リ
ング磁石内面の溝部に対応した位置に軸方向
に突条部が形成されていた。得られたラジア
ル異方性磁石は、図18に示すコイル140を有す
着磁ヨーク130を使用し、図4に示すようにス
キュー角度15°のスキュー着磁パターンで着
極中央線180がリング磁石120の内面に設けた
110の中央線111と交差するように着磁を行っ
。着磁条件は、コンデンサ容量8000μF、充電
圧2500 V及び着磁電流16.84 kA(図10に示すパタ
ーン)であった。
ロータ302(比較例)の作製
実施例1で作製したラジアル異方性リング磁
石106をロータ301と同じ方法で着磁した。
得られたロータについて表面磁束密度を 定し、8極(NS各4極)のピーク値の平均値を求 表4に示した。ロータ301はロータ302に比較し て表面磁束密度が約6%高かった。ロータ302に いたラジアル異方性リング磁石106は、非磁 超硬材のコアスリーブを用いて磁場中成型 たため、コアスリーブと磁粉との磁束密度 差によって、突状部付近で配向に乱れが生 た。また非磁性体のスリーブは実質的に磁 ギャップと同様であったため、配向度は向 せず、その結果表面磁束密度が低くなった
本発明の方法により製造された磁石は、 磁性スリーブを用いた場合に比べて厚み寸 を少なくとも6%低減することができ、希土 磁石原料を減らすことで省資源に貢献する とができた。
実施例4
ロータ401(本発明例)の作製
実施例1で作製したラジアル異方性リング磁
石101に、ローターヨーク150をはめ込み接着剤
で接着した。ローターヨーク150の外面には、
リング磁石内面の溝部に対応した位置に軸方
向に突条部が形成されている。得られたラジ
アル異方性リング磁石は、図18に示すコイル1
40を有する着磁ヨーク130を使用し、図4に示す
ようにスキュー角度15°のスキュー着磁パタ
ンで着磁極中央線180がリング磁石120の内面
設けた溝110の中央線111と交差するように着
を行った。着磁条件は、コンデンサ容量8000
F、充電電圧2500 V及び着磁電流16.84 kA(図10に
示すパターン)であった。
ロータ402(参考例)の作製
実施例1で作製したラジアル異方性リング磁
石101に、スキュー角度15°で図11に示すように
内面の溝110と着磁極間の中心線115が重なるよ
うに着磁を行った以外はロータ401と同様にし
てロータを作製した。
ロータ403(比較例)の作製
軸線方向突条部を有さないパーメンダー製
円形のコアからなる金型を用いた以外は実
例1で作製したラジアル異方性リング磁石101
と同様にして、内面に溝部を持たないラジア
ル異方性リング磁石を作製した。得られたリ
ング磁石に、外面に軸線方向突条部を持たな
いローターヨークを挿入し、内面に溝部を有
さないため任意の位置にスキュー角度15°の
キュー着磁パターンでロータ401と同様の条
で着磁を行った。
ロータ401~403を12スロットのステーターヨ クに組み込みコギングトルクを測定した。 テーターヨークと磁石外面とのギャップは0 .5 mmであった。コギングトルクの測定結果を 図12及び表5に示す。内面に溝のない場合(ロ タ403)に比べて、内面の溝110と着磁極間の中 線115とが重なるように着磁極を設けた場合( ロータ402)はコギングトルクがやや悪化(8%増 )したが、内面溝の中央部に着磁極を設ける とにより(ロータ401)コギングトルクは著し 改良(20%減少)した。
実施例1で作製したラジアル異方性リング 磁石102~104及び実施例2で作製したラジアル異 性リング磁石201~203についても、ロータ401と 同様に着磁極中央線180がリング磁石の内面に 設けた溝の中央線111と交差するように着磁を 行ったロータを作製しコギングトルクを測定 した結果、ロータ401と同等の結果が得られた 。
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