JPH06260328A - 円筒状異方性磁石およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁極面から発生する総磁束量の向上およびモ
ーターのコギング特性を良好にできる円筒状異方性磁石
とその製造方法の提供。 【構成】 一対の磁極１ａ，１ｂ間に矢印Ｍ方向が長径
となる楕円状の成型空間の外周部に非磁性リング３０を
配置して長径方向の対向部分に一対の磁性体４ａ，４ｂ
を、また短径方向の対向部分に一対の非磁性体５ａ，５
ｂを配置し、中央部に該成型空間と略相似形の磁性体か
らなるコア６を配置した装置で成形した楕円状成形体を
焼結する。 【効果】 一対の対向部分が所要角度範囲内においてラ
ジアル異方性を有し、残部が直角異方性および／または
等方性を有する略真円状の円筒状異方性焼結磁石が焼結
時のひび割れなく得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁極面から発生する
総磁束量の向上およびモーターのコギング特性を良好に
できる円筒状異方性磁石とその製造方法の改良に係り、
特に、２極モーター等に使用され、所要範囲をラジアル
異方性となし残部を直角異方性および／または等方性と
なした円筒状異方性磁石およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２極モーター等に使用される磁石として
はフェライト系磁石、希土類系磁石等の焼結磁石やボン
ド磁石が知られており、通常、低出力用には円筒状等方
性焼結磁石が使用され、高出力用には弓型状異方性焼結
磁石を円筒状に組立て使用されていた。しかし、近年の
高性能化とともに組立工程の簡略化等の要望から、磁気
特性に優れた円筒状異方性焼結磁石の使用が検討されて
いる。２極モーターに使用される円筒状異方性焼結磁石
としては、その異方性の方向によってラジアル異方性焼
結磁石と直角異方性焼結磁石とが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記円筒状のラジアル
異方性焼結磁石と直角異方性焼結磁石とを、それぞれ２
極モーターに使用する場合、以下に示すような問題点を
有している。ここでは、これらの円筒状異方性焼結磁石
を２極モーターのステーター側に配置した構成において
説明する。円筒状のラジアル異方性焼結磁石では、ステ
ーターとローターとの空隙中央部における円周方向のど
の位置においても、ほぼ一定の磁束密度となり、効率が
よく、同じ磁気特性を有する磁石原料を使用した場合に
は、直角異方性焼結磁石を配置した構成に比べ、優れた
モーター出力を得ることが可能となる。しかし、各々の
磁極端部における上記磁束分布が急激に変化するため、
モーターのコギング特性が悪いと言う問題点を有してい
る。

【０００４】また、磁石原料の磁気特性をある程度以上
に高くすると、焼結時に成形体に割れが発生し、要求さ
れる高磁気特性を有する円筒状のラジアル異方性焼結磁
石は、事実上、一体品として製造することは困難であ
る。

【０００５】一方、円筒状の直角異方性焼結磁石では、
磁気特性に優れた磁石原料を用いても焼結時に成形体に
割れが発生することはなく、容易に円筒状の一体品とし
て得ることができるが、ステーターとローターとの空隙
中央部における円周方向の磁束分布は、磁極の中央部が
高く両端部に近づくにしたがって徐々に低下する所謂サ
インカーブ状となることから、ラジアル異方性焼結磁石
を配置した構成に比べ、磁極の中央部では高い磁束密度
を得ることが可能であっても、磁極面から発生する総磁
束量が低いと言う問題点を有している。しかし、上記の
様な磁束分布を有することからモーターのコギング特性
はラジアル異方性焼結磁石を配置した構成に比べ優れて
いる。

【０００６】さらに、上記焼結磁石の如き焼結時の割れ
の発生がないボンド磁石でも、同様に磁極面から発生す
る総磁束量の向上およびモーターのコギング特性を良好
にすることを要求されるが、両方の要求をともに満足す
るすぐれた特性を示すものは提案されていない。

【０００７】この発明は、上記各々の異方性磁石が有す
る問題点を解決し、磁極面から発生する総磁束量の向上
およびモーターのコギング特性を良好とする円筒状異方
性磁石およびその製造方法の提供を目的として提案する
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、種々の検討を行った結果、一体の円
筒状異方性磁石の所定箇所をラジアル異方性とし、残部
を直角異方性とすることによって、それぞれの異方性磁
石が有する長所を有効に活用でき、しかも量産性よく製
造可能であることを知見し、ここに提案するものであ
る。

【０００９】すなわち、この発明は、一対の対向部分が
所要角度範囲内においてラジアル異方性を有し、残部が
直角異方性および／または等方性を有することを特徴と
する円筒状異方性磁石である。

【００１０】また、この円筒状異方性磁石を製造する具
体的な方法として、一対の磁極間に磁界印加方向が長径
となる楕円状の成型空間を有する成型用ダイスを配置
し、該成型空間の長径方向の対向部分に一対の磁性体を
配置するとともに、成型空間の中央部に該成型空間と略
相似形の磁性体からなるコアを配置してなる成型装置に
て、磁性原料粉末を磁界中成型し、さらに楕円状の成形
体を焼結することによって一対の対向部分が所要角度範
囲内においてラジアル異方性を有し、残部が直角異方性
および／または等方性を有する略真円状の焼結体とする
ことを特徴とする円筒状異方性磁石の製造方法を併せて
提案するものである。

【００１１】この発明は、Ｓｒフェライト磁石、Ｂａフ
ェライト磁石等のフェライト系磁石、希土類・コバルト
磁石、希土類・鉄・ボロン磁石等の希土類系磁石など公
知のいずれの異方性焼結磁石、異方性ボンド磁石にも適
用可能である。

【００１２】

【作用】この発明の構成、作用を図１〜図３に示すこの
発明の一実施例の円筒状異方性焼結磁石および該円筒状
異方性焼結磁石を製造するための成型装置に基づいて詳
細に説明する。図１のＡにこの発明による円筒状異方性
焼結磁石１０の一実施例を示す。すなわち、一対の対向
部分１１ａ，１１ｂがそれぞれθ₁の角度範囲内におい
てラジアル異方性を有し、残部の１２ａ，１２ｂの部分
が直角異方性を有する直径Ｄ₁からなる円筒状異方性焼
結磁石１０である。図中矢印Ｍは、後述する成型装置に
おける磁界印加方向である。

【００１３】図２のＡ，Ｂは、この発明の円筒状異方性
焼結磁石を製造するための成型装置の一実施例である。
すなわち、電磁コイル２ａ，２ｂを巻回した一対の磁極
１ａ，１ｂ間に磁界印加方向（図中矢印Ｍ方向）が長径
となる楕円状の成型空間を有する成型用ダイス３を配置
し、該成型空間の外周部でかつ長径方向の対向部分に一
対の磁性体４ａ，４ｂを、また短径方向の対向部分に一
対の非磁性体５ａ，５ｂを配置するとともに、成型空間
の中央部に該成型空間と略相似形の磁性体からなるコア
６を配置してなる。なお、各々磁性体４ａ，４ｂは楕円
状の成型空間の外周部にθ₃の角度範囲にて対向してい
る。図中８は非磁性体からなるリング状下パンチ、９は
非磁性体からなる上パンチである。

【００１４】上記の構成からなる成型装置の成型用ダイ
ス３内の楕円状成型空間に所定組成からなる磁性原料粉
末７を所定量挿入した後、電磁コイル２ａ，２ｂに電流
を印加して一対の磁極１ａ，１ｂ間に図中矢印Ｍ方向の
磁界を印加しながら圧縮成型すると、該磁性原料粉末７
の圧縮成型時には、成型用ダイス３を構成する一対の磁
性体４ａ，４ｂおよび一対の非磁性体５ａ，５ｂの配置
により図中破線にて示す如き磁束線が作用し、それぞれ
一対の磁性体４ａ，４ｂに対向する部分はラジアル異方
性を有し、一対の非磁性体５ａ，５ｂに対向する部分は
直角異方性を有することとなる。特に、図２の構成にお
いては、成形空間の外周部に直接対向する一対の磁性体
４ａ，４ｂ配置することにより、磁性原料粉末７に磁極
からの磁界を効果的に印加することができる。

【００１５】このようにして得られた成形体は図１のＢ
に示すように、一対の対向部分２１ａ，２１ｂがそれぞ
れθ₂の角度範囲内においてラジアル異方性を有し、残
部の２２ａ，２２ｂの部分が直角異方性を有する長径Ｄ
₂、短径Ｄ₃からなる楕円状成形体２０となる。図中矢印
Ｍは、前述の成型装置における磁界印加方向である。

【００１６】さらに、この楕円状成形体２０を所定温度
にて焼結することによって図１のＡに示す如き一対の対
向部分が所要角度範囲内においてラジアル異方性を有
し、残部が直角異方性を有する略真円状の円筒状異方性
焼結磁石とすることができる。なお、図１において、一
対の対向部分と残部の境を実線で示しているが、例えば
ラジアル異方性と直角異方性が当該実線部で明確に変化
していることを必ずしも示しているわけではない。ま
た、当該残部も直角異方性のみの場合だけでなく、上記
の成形装置の構成等に伴い圧縮成形時の磁性原料粉末７
に作用する磁界の方向により部分的にあるいは残部のす
べてが等方性を有する場合もある。

【００１７】この発明において、円筒状異方性焼結磁石
を得るための成形体２０を楕円状とするのは、磁界中で
圧縮成型すると、磁界印加方向とその直角方向では収縮
率が異なり、通常、磁界印加方向の収縮率が大きくなる
ことから、予めそれらの収縮率を考慮して磁界印加方向
が長径となるような楕円状とし、焼結後に略真円状とす
ることによって、研削加工の加工取代を減少させ、歩留
りを向上しコストダウンを達成するためである。

【００１８】なお、この成形体２０の形状寸法は最終的
に焼結して得られる円筒状異方性焼結磁石の形状寸法と
ともに、その磁気特性等に応じて適宜選定されるが、通
常、多用される２極モーターに使用されるフェライト系
の円筒状異方性焼結磁石の場合、成形体２０の長径Ｄ₂
と短径Ｄ₃との比Ｄ₂／Ｄ₃は１．０５〜１．１５程度で
あり、またラジアル異方性の角度範囲θ₂も１００°〜
１６０°程度が好ましい。すなわち、成形体２０におけ
る比Ｄ₂／Ｄ₃が上記の範囲外であると、焼結後に略真円
状とならず、またラジアル異方性の角度範囲θ₂が小さ
すぎると目的とする効果が得られなく、大きすぎると焼
結時に割れが発生することから上記範囲内にて選定する
ことが望ましい。希土類系の円筒状異方性焼結磁石の場
合も、前記の収縮率がフェライト系と同程度であること
から、成型装置なども同様に構成すればよい。

【００１９】さらに、図３のＡ，Ｂに示す如く、図２と
同様構成において、成型用ダイス３の成型空間と一対の
磁性体４ａ，４ｂ及び一対の非磁性体５ａ，５ｂとの間
に非磁性リング３０を配置した構成とすることにより、
得られた成形体を焼結した際のひびや割れの発生をさら
に一層低減できる。図３においては、真円筒状の非磁性
リング３０を用いて、成型空間と一対の磁性体４ａ，４
ｂとの間のリング厚みを少なくかつ周方向に厚みが変化
するように構成してある。また、非磁性リング３０の材
質に超硬材を採用してダイス寿命の延長を図っている。
従って、成型用ダイスの構成は上述の構成の如く、一対
の磁性体と一対の非磁性体が明確に区分されたもの以外
に当該磁性体が磁極と一体化されるなど種々構成を採用
することができ、少なくとも一対の磁極間に磁界印加方
向が長径となる楕円状の成型空間を有する成型用ダイス
を配置し、該成型空間の長径方向の対向部分に一対の磁
性体を配置するとともに、成型空間の中央部に該成型空
間と略相似形の磁性体からなるコアを配置した構成であ
ればよい。

【００２０】また、ボンド磁石を製造する方法として
は、圧縮成型、射出成型、樹脂含浸法など公知のいずれ
の製造方法であってもよい。例えば、焼結磁石の如き熱
収縮率を考慮する必要がないため、成形体は真円状でよ
く、一対の磁極間に円状の成型空間を有する成型用ダイ
スを配置し、該成型空間の磁極対向部分に一対の磁性体
を配置するとともに、成型空間の中央部に該成型空間と
略相似形の磁性体からなるコアを配置してなる成型装置
にて、磁性粉末に熱硬化性樹脂、カップリング剤、滑剤
等を添加混練した磁性原料粉末を磁界中成型し、さらに
使用したバインダーなどに応じて常温固化、熱固化させ
るとよい。特に、樹脂含浸法においては、磁性粉末を圧
縮成型後、必要に応じて熱処理した後、熱硬化性樹脂を
含浸させ、加熱して樹脂を硬化させて得る。また、磁性
粉末を圧縮成型後、必要に応じて熱処理した後、熱可塑
性樹脂を含浸させて得る。

【００２１】ボンド磁石中の磁性粉末の充填率は、上記
製造方法に応じて適宜選定すればよい。バインダーとし
て用いる合成樹脂は、熱硬化性、熱可塑性のいずれの性
質を有するものも利用できるが、熱的に安定な樹脂が好
ましく、例えば、ポリアミド、ポリイミド、フェノール
樹脂、弗素樹脂、けい素樹脂、エポキシ樹脂などを適宜
選定できる。

【００２２】

【実施例】実施例１ Ｓｒフェライト系の円筒状異方性焼結磁石の場合を一実
施例として示し、この発明の効果をより一層明らかにす
る。磁性原料粉末として、基本磁気特性が残留磁束密度
Ｂｒ＝３．７７ｋＧ、保磁力Ｈｃ＝２．９７ｋＯｅ、最
大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ＝３．３４ＭＧＯｅであ
るＳｒフェライト粉末を図３にて示す成型装置（θ₄＝
１２０°）を用いて６ｋＯｅの磁界中で１ｔｏｎ／ｃｍ
²の圧力にて圧縮成型し、図１のＢに示す成形体を得
た。成形体の寸法は長径Ｄ₂＝５２．６ｍｍ、短径Ｄ₃＝
４７．１ｍｍ（Ｄ₂／Ｄ₃は１．１２）であり、高さは約
１２．６ｍｍ、さらにθ₂＝１２０〜１３０°であっ
た。この成形体を１２００°Ｃ×１時間で焼結したの
ち、機械的加工を施して外径４０ｍｍ×内径３０ｍｍ×
高さ１０ｍｍの略真円状のこの発明の円筒状異方性焼結
磁石を得、該磁石を２極モーターのステーター側に配置
しローターとの空隙中央部における円周方向の磁束分布
を測定した。

【００２３】比較例 また、比較例１として、上記と同一の磁性原料粉末を用
い、公知の方法にて外径４０ｍｍ×内径３０ｍｍ×高さ
１０ｍｍの円筒状直角異方性焼結磁石を得、この発明の
磁石と同様の測定を行った。さらに、比較例２として、
基本磁気特性が残留磁束密度Ｂｒ＝３．１６ｋＧ、保磁
力Ｈｃ＝２．４６ｋＯｅ、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍ
ａｘ＝２．２０ＭＧＯｅであるＳｒフェライト粉末を用
いた従来から知られる焼結時に割れの発生しない範囲で
最高特性値を有する外径４０ｍｍ×内径３０ｍｍ×高さ
１０ｍｍの円筒状ラジアル異方性焼結磁石を得、この発
明の磁石と同様の測定を行った。各々の磁束分布を図４
に示す。図４において横軸は空隙中央部における円周方
向の測定位置（角度°）、縦軸は各々測定位置における
磁束密度Ｂｇ（ｋＧ）を示している。

【００２４】図４より、○印でプロットしたこの発明の
円筒状異方性焼結磁石による磁束分布は、●印でプロッ
トした比較例１（円筒状直角異方性焼結磁石）の磁束分
布に比べ、一部がラジアル異方性を有するために、磁極
表面から発生する磁束量、すなわち、磁束量に相当する
グラフの横軸と磁束分布曲線にて囲まれている面積が多
いことが明らかである。従って、モーターの出力を向上
させることが可能となる。また、全体としての磁束分布
は比較例１と同様に、円周方向において磁極の中央部が
高く両端部に近づくにしたがって徐々に低下する所謂サ
インカーブ状となることから、コギング特性も良好であ
る。さらに、×印でプロットした比較例２（円筒状ラジ
アル異方性焼結磁石）に比べ、磁気特性の高い磁石原料
を使用しても割れずに製造できることから、比較例２よ
り磁極表面から発生する磁束量も多く、コギング特性も
良好である。

【００２５】この実施例においては、Ｓｒフェライト系
の円筒状異方性焼結磁石の場合において説明したが、こ
の発明者は、希土類系など他の材料からなる円筒状異方
性焼結磁石の場合においても同様な効果が得られること
を確認した。さらに、バインダーにエポキシ樹脂を使用
したＳｒフェライト系の円筒状異方性ボンド磁石を、成
形空間を円筒状とする以外は実施例と同様の装置にて作
製し、同様な効果が得られることを確認した。

【００２６】

【発明の効果】この発明は、一体の円筒状異方性磁石の
所定箇所をラジアル異方性とし、残部を直角異方性とす
ることによって、それぞれの異方性磁石が有する長所を
有効に活用でき、磁極面から発生する総磁束量の向上に
伴うモーター出力の向上を達成でき、さらにモーターの
コギング特性を良好にすることができる。またこの発明
の製造方法によって、上記効果を有する円筒状異方性焼
結磁石を焼結時のひびや割れの発生がなく量産性よく製
造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａはこの発明の円筒状異方性焼結磁石の一実施
例を示す平面説明図である。Ｂはこの発明の円筒状異方
性焼結磁石を得るために成型された、焼結前の成形体の
一実施例を示す平面説明図である。

【図２】この発明の円筒状異方性焼結磁石を製造する際
に使用される成型装置の一実施例を示す説明図であり、
Ａは横断説明図、Ｂは縦断説明図である。

【図３】この発明の円筒状異方性焼結磁石を製造する際
に使用される成型装置の他の実施例を示す説明図であ
り、Ａは横断説明図、Ｂは縦断説明図である。

【図４】この発明の円筒状異方性焼結磁石の効果を明ら
かにするために、従来の円筒状異方性焼結磁石ととも
に、２極モーターのステーター側に配置しローターとの
空隙中央部における円周方向の磁束分布を測定した結果
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 磁極 ２ａ，２ｂ 電磁コイル ３ 成型用ダイス ４ａ，４ｂ 磁性体 ５ａ，５ｂ 非磁性体 ６ コア ７ 磁性原料粉末 ８ リング状下パンチ ９ 上パンチ １０ 円筒状異方性焼結磁石 １１ａ，１１ｂ 対向部分 １２ａ，１２ｂ 残部 ２０ 楕円状成形体 ２１ａ，２１ｂ 対向部分 ２２ａ，２２ｂ 残部 ３０ 非磁性リング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の対向部分が所要角度範囲内におい
   てラジアル異方性を有し、残部が直角異方性および／ま
   たは等方性を有することを特徴とする円筒状異方性磁
   石。
2. 【請求項２】 一対の磁極間に磁界印加方向が長径とな
   る楕円状の成型空間を有する成型用ダイスを配置し、該
   成型空間の長径方向の対向部分に一対の磁性体を配置す
   るとともに、成型空間の中央部に該成型空間と略相似形
   の磁性体からなるコアを配置してなる成型装置にて、磁
   性原料粉末を磁界中成型し、さらに楕円状の成形体を焼
   結することによって一対の対向部分が所要角度範囲内に
   おいてラジアル異方性を有し、残部が直角異方性および
   ／または等方性を有する略真円状の焼結体とすることを
   特徴とする円筒状異方性磁石の製造方法。