JP3012067B2 - Extremely anisotropic cylindrical magnet - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ＰＭ型ステッピング
モーターのローター等の用途に供して好適な極異方円筒
状磁石に関し、特に作用面における表面磁界ひいてはト
ルクの有利な向上を図ろうとするものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an extremely anisotropic cylindrical magnet suitable for use as a rotor of a PM type stepping motor and the like, and more particularly to an advantageous surface magnetic field on an operating surface and, consequently, an advantageous improvement of torque. It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ＰＭ型ステッピングモーターに用
いられる円筒状磁石としては、等方性又はラジアル異方
性あるいは極異方性の磁石が知られている。ここに磁気
特性が最も良好なものは、極異方性磁石であるが、それ
でもまだ十分とはいい難く、その改善が望まれていた。2. Description of the Related Art Conventionally, isotropic, radial anisotropic or polar anisotropic magnets are known as cylindrical magnets used in PM type stepping motors. Here, the magnet having the best magnetic properties is a polar anisotropic magnet, but it is still not enough, and improvement thereof has been desired.
【０００３】図１（ａ）に、従来の極異方円筒状磁石Ｍ
を、ＰＭ型ステッピングモーターのローターとして組み
込んだ場合の断面を示すが、図示したように、円筒状磁
石Ｍの着磁面はステータＳの実質的な作用面に比べて広
く、着磁面の全てが有効に利用されているわけではなか
った。特にローターの軸心方向中央部は構造的にステー
タＳの非作用面と対向しているため、トルクやその他モ
ータ特性には全く寄与していない。。FIG. 1A shows a conventional polar anisotropic cylindrical magnet M
Is shown as a rotor of a PM type stepping motor. As shown, the magnetized surface of the cylindrical magnet M is wider than the substantial working surface of the stator S. Was not used effectively. In particular, the central portion of the rotor in the axial direction is structurally opposed to the non-working surface of the stator S, and therefore does not contribute to torque or other motor characteristics at all. .
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するもので、円筒状磁石の有効作用面に
おける表面磁界を増大し、例えばステッピングモーター
特に２相モーターに使用した場合におけるトルクの向上
を望み得る極異方円筒状磁石を提案することを目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention advantageously solves the above-mentioned problems, and increases the surface magnetic field at the effective working surface of a cylindrical magnet, for example, when used in a stepping motor, particularly a two-phase motor. It is an object of the present invention to propose a polar anisotropic cylindrical magnet capable of increasing torque.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、横
断面がＯ型形状になる円筒の内周面又は外周面のいずれ
か一方を作用面とし、かつ該作用面を円筒軸心方向で少
なくとも２区域に分割した極異方円筒状磁石であって、
各区域の境界領域における磁粉粒子につき、その配向方
向が、磁石の長手方向断面において、近接作用面側にそ
れぞれ集束することからなる極異方円筒状磁石である。That is, according to the present invention, one of an inner peripheral surface and an outer peripheral surface of a cylinder having an O-shaped cross section is used as a working surface, and the working surface is formed at least in a cylinder axis direction. A polar anisotropic cylindrical magnet divided into two sections,
An extremely anisotropic cylindrical magnet in which the orientation direction of the magnetic powder particles in the boundary region of each section is focused on the proximity action surface side in the longitudinal section of the magnet.
【０００６】以下、この発明を具体的に説明する。図２
（ａ），（ｂ）に、外周面又は内周面をそれぞれ作用面
とし、かつ作用面を軸心方向に２分割した、この発明に
従う極異方円筒状磁石の好適例を断面で示す。図中、矢
印は磁化容易軸の配向方向である。同図に示したとお
り、この発明磁石では、各分割区域の境界領域における
磁粉粒子の磁化容易軸が近接作用面側にそれぞれ集束し
て配向しているので、モーターに組み込んだ場合に図１
（ｂ）に示すように全ての磁束に無駄がなく、従って少
なくともその分だけ従来よりも高い表面磁界ひいては高
いトルクが得られるのである。なお図２（ｃ）は、従来
の極異方円筒状磁石の磁粉粒子の配向状態を示したもの
である。Hereinafter, the present invention will be described specifically. FIG.
(A) and (b) show a cross section of a preferred example of the pole-anisotropic cylindrical magnet according to the present invention, in which the outer peripheral surface or the inner peripheral surface is used as an active surface, and the active surface is divided into two in the axial direction. In the figure, the arrow indicates the orientation direction of the easy axis. As shown in the figure, in the magnet of the present invention, the axes of easy magnetization of the magnetic particles in the boundary region of each divided area are respectively focused and oriented on the side of the proximity action surface.
As shown in (b), all the magnetic fluxes are not wasted, so that a higher surface magnetic field and thus a higher torque can be obtained by at least that much. FIG. 2C shows an orientation state of magnetic powder particles of a conventional extremely anisotropic cylindrical magnet.
【０００７】[0007]
【作用】この発明の磁石材料としては、焼結磁石及び合
成樹脂磁石いずれもが利用できる。たとえば焼結磁石及
び合成樹脂磁石における磁粉としては、フェライト系、
アルニコ系、サマリウム−コバルト系、ネオジウム−鉄
−ボロン系など既に知られたものいずれもが使用でき
る。また磁粉粒子の平均粒径についても、既に知られた
範囲で使用することができる。たとえばフェライト系で
は 1.5μm 、希土類系では10〜50μm が一般的である。The sintered magnet and the synthetic resin magnet can be used as the magnet material of the present invention. For example, as magnetic powder in sintered magnets and synthetic resin magnets, ferrite-based,
Any known ones such as alnico-based, samarium-cobalt-based, and neodymium-iron-boron-based can be used. Also, the average particle size of the magnetic powder particles can be used within a known range. For example, it is generally 1.5 μm for ferrites and 10 to 50 μm for rare earths.
【０００８】また合成樹脂についても従来公知のものが
使用できる。たとえばポリアミド12、ポリアミド６など
のポリアミド系合成樹脂や、ポリ塩化ビニル、その酢酸
ビニル共重合体、ＭＭＡ，ＰＳ，ＰＰＳ，ＰＥ，ＰＰ等
の単独又は共重合したビニル系合成樹脂や、ウレタン，
シリコーン，ポリカーボネート，ＰＢＴ，ＰＥＴ，ＰＥ
ＥＫ，ＣＰＥ，ハイパロン，ネオプレン，ＳＢＲ，ＮＢ
Ｒ等の合成樹脂、又はエポキシ系、フェノール系等の熱
硬化合成樹脂が使用できる。さらに磁粉とバインダーで
ある合成樹脂の配合比率は、用途にもよるが一般的には
磁粉：40〜70 vol％とすることが望ましい。なおその他
にも、従来から常用される可塑剤や滑剤、抗酸化剤、表
面処理剤などを目的に応じて適量使用できるのはいうま
でもない。As the synthetic resin, a conventionally known synthetic resin can be used. For example, polyamide-based synthetic resins such as polyamide 12 and polyamide 6, polyvinyl chloride, vinyl acetate copolymer thereof, homo- or copolymerized vinyl-based synthetic resins such as MMA, PS, PPS, PE, PP, and urethane,
Silicone, polycarbonate, PBT, PET, PE
EK, CPE, Hypalon, Neoprene, SBR, NB
A synthetic resin such as R or a thermosetting synthetic resin such as an epoxy-based or phenol-based resin can be used. Further, the mixing ratio of the magnetic powder and the synthetic resin as the binder depends on the application, but generally it is desirable to set the magnetic powder to 40 to 70 vol%. In addition, it goes without saying that appropriate amounts of conventionally used plasticizers, lubricants, antioxidants, surface treatment agents and the like can be used according to the purpose.
【０００９】なお、プラスチック磁石に適用した場合に
は、焼結磁石のように高温で焼成する必要がないので欠
け割れが少なく、歩留りの向上という点で有利である。
また図３に示すように、全体をプラマグ組成物Ｐで構成
してシャフトShと一体成形をすることができる点でも有
利であり、いずれもコスト低減に寄与する。When applied to a plastic magnet, it is not necessary to fire at a high temperature unlike a sintered magnet, so that there is little chipping, which is advantageous in that the yield is improved.
Further, as shown in FIG. 3, it is also advantageous in that the whole can be made of the plastic composition P and can be integrally formed with the shaft Sh, all of which contribute to cost reduction.
【００１０】次に、図４にこの発明磁石の製造に用いて
好適な磁場配向成形金型の磁気回路装置について説明す
る。図中、番号１は、非磁性体からなるセンターコア２
に設けたキャビティ、３は永久磁石である。この永久磁
石３の長さは、区画分割された各区域の実質的作用面と
ほぼ同じ長さとし、また同図（ｂ）に示したようにキャ
ビティ１の外周をＮ極とＳ極で交互に取り囲む配置にな
っている。また４はセンターコア２の中央部に配置した
強磁性体部であり、この強磁性体部４を非作用面側の中
央部に配置することによって、磁粉粒子の磁化容易軸を
この発明に従う集束配向とすることができるのである。
すなわち分割区域の境界領域の非作用面側にかかる強磁
性体を配置することによって、この境界領域における磁
粉粒子の磁化容易軸を近接作用面側にそれぞれ集束配向
させることができるわけである。なお５は強磁性体から
なるヨークである。Next, FIG. 4 illustrates a magnetic circuit device of a magnetic field orientation molding die suitable for use in manufacturing the magnet of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a center core 2 made of a non-magnetic material.
Is a permanent magnet. The length of the permanent magnet 3 is substantially the same as the substantial working surface of each sectioned area, and the outer circumference of the cavity 1 is alternately N-pole and S-pole as shown in FIG. It is arranged to surround. Reference numeral 4 denotes a ferromagnetic material portion arranged at the center of the center core 2. By arranging the ferromagnetic material portion 4 at the center on the non-working surface side, the axis of easy magnetization of the magnetic powder particles is focused according to the present invention. It can be oriented.
That is, by arranging the ferromagnetic material on the non-working surface side of the boundary region of the divided region, the easy axes of magnetization of the magnetic powder particles in this boundary region can be focused and oriented to the proximity working surface side. Reference numeral 5 denotes a yoke made of a ferromagnetic material.
【００１１】以上図４では、円筒状磁石の外周面を作用
面とする場合について説明したが、内周面を作用面とす
る場合の好適磁気回路装置を開示すると、図５に示すと
おりである。FIG. 4 shows the case where the outer circumferential surface of the cylindrical magnet is used as the working surface. However, a preferred magnetic circuit device in the case where the inner circumferential surface is used as the working surface is shown in FIG. .
【００１２】なお、強磁性体としては、S55C，S50C，S4
5C等の炭素鋼、 SKD11等のダイス鋼その他パメンジュー
ル、純鉄等が使用できるが、耐摩耗性向上のために表面
硬化処理を施すことは一層有利である。また非磁性体と
しては、 SUS 304等のオーステナイト系ステンレス鋼、
YHD 50等のハイマンガン鋼、銅ベリリウム合金及びＮ−
７等の非磁性超硬鋼等が用いられる。さらに起磁力部分
の磁石としては、これも既に知られたものを使用するこ
とができ、例えばサマリウム−コバルト系磁石等の永久
磁石はとりわけ有利である。その他、励磁コイルを強磁
性体に巻き付けた電磁石を使用することもできる。The ferromagnetic materials include S55C, S50C, S4
Carbon steel such as 5C, die steel such as SKD11, pamenjour, pure iron, etc. can be used, but it is more advantageous to perform a surface hardening treatment to improve wear resistance. Also, non-magnetic materials include austenitic stainless steel such as SUS 304,
High manganese steel such as YHD 50, copper beryllium alloy and N-
For example, non-magnetic carbide steel such as No. 7 is used. Further, as the magnet of the magnetomotive force portion, any known magnet can be used, and a permanent magnet such as a samarium-cobalt magnet is particularly advantageous. Alternatively, an electromagnet in which an exciting coil is wound around a ferromagnetic material can be used.
【００１３】[0013]
【実施例】前掲図４に示した磁気回路装置を組み込んだ
金型を用い、図６に示す形状、寸法になる円筒状磁石
を、以下表１〜３に示す条件で製作した。なお希土類磁
粉を用いる場合には、予め磁化容易軸方向に磁気モーメ
ントを揃えるべく、キャビティ内に導入する直前に、パ
ルス状の高磁場処理を施した。EXAMPLE A cylindrical magnet having the shape and dimensions shown in FIG. 6 was manufactured under the conditions shown in Tables 1 to 3, using a mold incorporating the magnetic circuit device shown in FIG. When the rare earth magnetic powder was used, a pulsed high magnetic field treatment was performed immediately before introduction into the cavity in order to align the magnetic moment in the easy axis direction in advance.
【００１４】[0014]
【表１】 ・原料 磁粉Ａ：フェライト磁粉（平均粒径 1.5μm のマグネト
プランバイト系ストロンチウム系フェライト） 磁粉Ｂ：サマリウム−コバルト磁粉（２−17系；平均粒
径15μm ）[Table 1] Raw material magnetic powder A: Ferrite magnetic powder (Magnetoplumbite strontium ferrite with an average particle size of 1.5 μm) Magnetic powder B: Samarium-cobalt magnetic powder (2-17 type; average particle size 15 μm)
【００１５】[0015]
【表２】 ・配合 配合Ａ（プラマグ配合） 磁 粉 ：63 vol％ ポリアミド12 ：36 vol％ アミノシランＡ−1100：１ vol％ 配合Ｂ（焼結配向） 磁 粉 ：50wt％ 水 ：50wt％TABLE 2 - formulation formulation A (plastic magnet formulation) magnetic powder: 63 vol% Polyamide 12: 36 vol% aminosilane A-1100: 1 vol% formulation B (sintered orientation) magnetic powder: 50 wt% Water: 50 wt%
【００１６】[0016]
【表３】 ・成形方法Ａ：プラマグ射出成形条件 使用ペレット配合 ：配合Ａ 成形機 ：コイル内蔵式磁場配向射出成形機 射出シリンダー温度：300 ℃ 金型温度 ：100 ℃ 射出圧力 ：1500kg／cm2 励磁時間 ：15秒 冷却時間 ：20秒 射出サイクル ：40秒 ・成形方法Ｂ：焼結磁石作成条件 使用スラリー ：配合Ｂ 成形機 ：コイル搭載式磁場配向圧縮成形機 水抜き方法 ：インジェクション方式 励磁方向 ：竪磁場 成形温度 ：20℃ 焼成温度 ：1250℃ ・ホール素子 70μm 角のガリウム−ひ素
使用[Table 3] Molding method A: Plamag injection molding conditions Pellet compounding used: Compounding A Molding machine: Magnetic coil oriented injection molding machine with built-in coil Injection cylinder temperature: 300 ° C Mold temperature: 100 ° C Injection pressure: 1500 kg / cm 2 Excitation Time: 15 seconds Cooling time: 20 seconds Injection cycle: 40 seconds ・ Molding method B: Sintered magnet preparation conditions Slurry used: Compounding B Molding machine: Coil-mounted magnetic orientation compression molding machine Draining method: Injection method Excitation direction: Vertical Magnetic field Molding temperature: 20 ° C Firing temperature: 1250 ° C ・ Hall element 70μm square gallium-arsenic used
【００１７】かくして得られた極異方筒状磁石の有効作
用面における表面磁束密度及び得られた円筒状磁石をＰ
Ｍ型ステッピングモーターのローターとして使用したと
きのホールディングトルクについて測定した結果を、表
４に示す。The surface magnetic flux density on the effective working surface of the thus obtained extremely anisotropic cylindrical magnet and the obtained cylindrical magnet are represented by P
Table 4 shows the measurement results of the holding torque when used as a rotor of the M-type stepping motor.
【００１８】[0018]
【表４】 [Table 4]
【００１９】同表より明らかなように、この発明に従う
円筒状磁石は、実質的作用面における表面磁束密度が大
幅に改善され、それに伴いホールディングトルクも向上
している。As can be seen from the table, the cylindrical magnet according to the present invention has a substantially improved surface magnetic flux density on the substantial working surface, and a correspondingly increased holding torque.
【００２０】[0020]
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、従来有効利
用が図られていなかった分割区域の境界領域における磁
粉粒子を効果的に活用することができ、従って実質的作
用面における表面磁束密度ひいてはモーターホールディ
ングトルクの格段の向上を図ることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to effectively utilize the magnetic powder particles in the boundary region of the divided area, which has not been effectively used in the past, and therefore, the surface magnetic flux density on the substantial working surface, and thus the motor The holding torque can be greatly improved.
【図１】（ａ）は、従来の円筒状磁石を組み込んだステ
ッピングモーターの断面図である。（ｂ）は、この発明
に従う円筒状磁石を組み込んだステッピングモーターの
断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view of a stepping motor incorporating a conventional cylindrical magnet. (B) is a sectional view of a stepping motor incorporating the cylindrical magnet according to the present invention.
【図２】円筒状磁石の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向
を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an orientation direction of an axis of easy magnetization of magnetic powder particles of a cylindrical magnet.
【図３】シャフトと一体成形した円筒状磁石の模式図で
ある。FIG. 3 is a schematic view of a cylindrical magnet integrally formed with a shaft.
【図４】円筒外周を作用面とするこの発明に従う円筒状
磁石の製造に用いて好適な磁気回路装置を示した図であ
る。FIG. 4 is a view showing a magnetic circuit device suitable for use in manufacturing the cylindrical magnet according to the present invention having the outer periphery of the cylinder as the working surface.
【図５】円筒内周を作用面とするこの発明に従う円筒状
磁石の製造に用いて好適な磁気回路装置を示した図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a magnetic circuit device suitable for use in manufacturing a cylindrical magnet according to the present invention having an inner circumferential surface as a working surface.
【図６】実施例で作製した円筒状磁石の寸法、形状を示
した図である。FIG. 6 is a view showing the size and shape of a cylindrical magnet produced in an example.
Ｍ 異方円筒状磁石 Ｓ ステータ Sh シャフト Ｐ フラマグ組成物 １ キャビティ ２ センターコア ３ 永久磁石 ４ センターコアの強磁性体部 ５ ヨーク M Anisotropic cylindrical magnet S Stator Sh shaft P Flamag composition 1 Cavity 2 Center core 3 Permanent magnet 4 Ferromagnetic part of center core 5 Yoke
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 孝宏 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株 式会社 技術研究本部内 (72)発明者 安田 晃 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川崎製鉄株式会社 東京本社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 7/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takahiro Kikuchi 1 Kawasaki-cho, Chiba-shi, Chiba Kawasaki Steel Corporation Research and Development Headquarters (72) Inventor Akira Yasuda 2-3-2 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Kawasaki (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01F 7/02
Claims (1)
は外周面のいずれか一方を作用面とし、かつ該作用面を
円筒軸心方向で少なくとも２区域に分割した極異方円筒
状磁石であって、各区域の境界領域における磁粉粒子に
つき、その配向方向が、磁石の長手方向断面において、
近接作用面側にそれぞれ集束することを特徴とする極異
方円筒状磁石。An extremely anisotropic cylinder in which one of an inner peripheral surface and an outer peripheral surface of a cylinder having an O-shaped cross section is used as a working surface, and the working surface is divided into at least two sections in the direction of the cylinder axis. In the shape magnet, the orientation direction of the magnetic powder particles in the boundary region of each area, in the longitudinal section of the magnet,
An extremely anisotropic cylindrical magnet, which is focused on the proximity action surface side.
Priority Applications (1)
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| JP3344955A JP3012067B2 (en) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | Extremely anisotropic cylindrical magnet |
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| JP3344955A JP3012067B2 (en) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | Extremely anisotropic cylindrical magnet |
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