JPH027845A - 永久磁石回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、整流用刷子を持たない電動機の永久磁石回転
子に関する。

［従来の技術］ 永久磁石回転子を有する電動機は、駆動用の半導体素子
の発達と、整流用刷子を持つ整流子付電動機に比べ、刷
子部分がなく信頼性が高いために、ＯＡ用を中心に大型
のＦＡ用電電動機分野までその使用される分野が広がっ
ている。

従来の回転磁界に永久磁石を使用した永久磁石回転子（
インナーロータ用回転子）の例を第４図に示す。　（ａ
）は側面図、　（ｂ）は断面図である。

回転軸４０１の周囲にラジアル異方性のフェライト磁石
４０２を接着固定した例である。　（ｂ）のようにフェ
ライト磁石は４極に着磁されている。

第５図は他の従来例であり永久磁石５０１としてラジア
ル方向に異方性を持つ樹脂結合型希土類磁石を使用し、
６極に着磁されている。

上述の永久磁石回転子は、固定子（図示せず）に設置さ
れた駆動コイルを順次励磁することにより回転する構造
となっている。

第６図は、固定子６０１が回転子６０２の内側に設置さ
れた、いわゆるアウターロータ型電動機の例である。

回転子６０２の内側に永久磁石６０３が接着固定され、
回路基板６０４上に設置したホールＩＣ６０５により、
永久磁石６０３の回転位置を検出し、回転子６０１に巻
装された駆動コイル６０６を永久磁石位置に対応して、
選択的に通電する事により回転子６０２を回す構造とな
っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし従来のフェライト磁石を永久磁石として使用した
回転子においては、界磁用永久磁石として必要とされる
最大エネルギー積が、はぼ５８ＧＯｅ以下と、希土類磁
石に比べ劣るために （１）効率が低い。

（２）十分なギャップ磁束密度を得るためには、磁気回
路のパーミアンスを高くしなくてはならないために、永
久磁石回転子が大型になってしまう。

という課題があった。

またアルニコ磁石は、最大エネルギー積ではフェライト
磁石よりも大きいものの、保磁力が１゜５ｋＯｅ程度し
かないために、電動機に使用した場合、動作中に生ずる
逆起電力、特に始動時には始動電流に起因する強い逆起
電力が加わるために減磁してしまうという問題があり、
あまり使用されていなかった。

一方、焼結型希土類磁石は、高いエネルギー積を持ち、
且つ保磁力も大きいことから永久磁石回転子の磁石とし
ては最適であるが、原料が高価である上に製造工程が、
溶解、鋳造により合金インゴットを作製し、粉砕して３
μｍ程度の粒径を有する磁石粉とした後、成形助剤であ
るバインダーと混練され、磁場中でプレス成形し、この
成形体をアルゴン中で１０００℃前後の温度で１時間焼
結して、その後６００°Ｃ前後の温度で熱処理しなくて
はならないために、複雑であり磁石がさらに高価になっ
てしまうという課題を有していた。加えて焼結磁石は、
焼結時の収縮率が配向方向とその直角方向とで大きく違
うために割れてしまい薄いラジアル異方性リング状磁石
の製造は不可能であるという課題を有していた。

また、樹脂結合型の希土類磁石では、形状任意性・耐（
ｊ撃性には優れ、ラジアル異方性リング状磁石の製作は
容易であるが、磁石粉末と樹脂との混合物であるため磁
気特性は、焼結磁石に比べ劣っていた。

さらに、どの磁石を使用したインナーロータ型の永久磁
石回転子にも共通した課題として、高速回転電′＃Ｊ機
用に使用する場合、遠心力が回転軸への永久磁石の固着
力より大きくなってしまうと、永久磁石が回転軸より剥
離し、電動機が壊れてしまうという課題を有していた。

そこで本発明は、このような問題点を解決するもので、
その目的とするところは、永久磁石としてＲ（但しＲは
Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも１種）、Ｍ（但し
遷移金属のうち少なくとも１種）、及びＸ（但しＩＩＩ
　ｂ族元素のうち少なくとも１種）を基本組成とし、ヨ
ークも同時に製造でき、且つ、回転軸と磁石とが同相接
合しているために高速回転時にも破壊しない永久磁石回
転子を低コストで提供するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の永久磁石回転子は、磁界発生のための永久磁石
と軟磁性体のヨークとから構成される永久磁石回転子に
おいて、永久磁石としてＲ（但しＲはＹを含む希土類元
素のうち少なくとも１種）、Ｍ（但し遷移金属のうち少
なくとも１種）、及びＸ（但しＩＩＩ　ｂ族元素のうち
少なくとも１種）を基本成分とする希土類磁石を使用し
、永久磁石と軟磁性体から成るヨークとが固相接合して
いることを特徴とする。さらに永久磁石用回転子用の永
久磁石は、ラジアル異方性リング状磁石であることを特
徴とする特 ［実施例コ （実施例１） 第１図に本発明によるインナーロータ型永久磁石回転子
の一実施例の断面図を示す。

ラジアル方向に異方性を持ったリング状永久磁石１０１
が回転軸１０２の外周に設置されている。

回転軸と永久磁石との接合部分１０３は固相接合となっ
てい為、従来の接着等による固定強度の１０倍以上の固
定強度がある。

以下に、本発明の永久磁石回転子の製造方法を詳細に説
明する。

第１表に本発明で作製した磁石の合金組成を示す。

第１表 だだし、磁石の組成としては表１に示した組成に限らず
、希土類金属としては、Ｙ、　　Ｌａ、　　Ｃｅ、Ｐｒ
Ｓ　Ｎｄ、　　Ｓｍ、　　Ｅｕ、　　Ｇｄ％　Ｔｂ、　
　Ｄｙ、　　Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが候補とし
て挙げられ、これらの内１種類、あるいは２種類以上を
組み合わせて用いられる。最も高い磁気特性は、Ｐｒで
得られる。遷移金属としてはＦｅ、　　Ｎｉ、　　ＣＵ
等が候補として挙げられ、これらの内一種類、あるいは
２種類以上を組み合わせて用いられる。

また、小ユの添加元素、例えば重希土類のＤｙ、Ｔｂ等
や、Ａ１、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｇａ等は保磁力の向上に有効で
ある。

第１表の組成となるように、希土類、遷移金属およびボ
ロンを秤量し、誘導加熱炉で溶解鋳造し、得られた鋳造
インゴットを平均粒径５μｍ（フィッシャーサブシーブ
サイザーによる）にまで粉砕し、グラファイト型中で外
径φ５０ｍｍ、高さ４０ｍｍのバルク体に成形した。

第２図に後方押し出し機の１概略図を示す。

磁石成形体２０１を軟磁性体からなるシェル２０２を設
置した型２０３内に入れ、外形φ２０ｍｍのマンドレル
２０４を矢印２０５の方向に押し出すことにより、磁石
成形体２０１をマンドレル２０４の進行方向の逆方向（
後方）へ押し出し磁石をラジアル方向に加圧し配向させ
た。９００°Ｃの雰囲気で熱間加工するため押し出され
た磁石成形体は、シェルに固相接合するため、強力な密
着力を得ることができた。磁石の押し出し前の断面積を
押し出し後の断面積で割った押し出し比は、約４で加工
を行った。

できあがったリング状磁石を切り出しｒ方向（径方向）
、Ｕ方向（弦方向）、２方向（軸方向）の３方向の磁気
測定を行った結果を第２表に示す。

としてそのまま使用し、アウターロータ型永久磁石回転
子を得た例である。

マンドレルは高速度工具鋼を使用して、磁石とは固相接
合しない材料を選んでいるが、マンドレルを交換可能な
構造とし、高硬度の軟磁性材料で拡散スピードの大きな
材料とすることで、マンドレルと磁石との間で固相接合
させ、インナーロータ型永久磁石回転子を製造すること
も可能である。

この場合にはシェルは不用であり、型材料は磁石との間
で固相接合を起こしにくい材料で製作することで外形加
工をなくすこともできる。

第　　２　　表 ｒ方向の磁気特性が最も高く、後方押し出しによりラジ
アル配向していることがわかる。本実施例の製造方法は
、シェルを第６図に示したヨーク（実施例２） 表１に示した組成の合金を秤量し、誘導加熱炉で溶解・
鋳造し、得られた鋳造インゴットを平均粒径５μｍまで
粉砕した後、ダイフロンと混合し、湿式で外形がφ１０
０ｍｍ、内径φ４０ｍｍ、厚み３０ｍｍのリング状に仮
成形した。これに純鉄等の軟磁性体円柱３０１を内側に
入れ、外側には、ボロンナイトライドを塗布した５ｕｓ
３０４製の厚み２ｍｍのパイプ３０２を挿入した後、脱
気してパイプの両端を閉じた後、大気中で第３図に示す
押し出し機にてバイブ３０２厚みが元厚の１０％にまる
までプレスした。次にパイプを除去して磁気特性を測定
した。結果を第３表に示す。

電動機の特性を満たすギャップ磁束密度が得られれば、
外側の５ｕｓ３０４を除去することなしに保護用として
外周に残すことも可能である。また厚みが十分に薄けれ
ば、磁性材料でも外周のパイプ材料はよい。

第　　３　　表 ｒ方向及びＵ方向の磁気特性が高い面内異方性の磁石が
できていることがわかる。この磁石を第１図に示すイン
ナーロータ型の永久磁石回転子として、軸を押し出し加
工時に使用した円柱をそのまま使ったため、軸と永久磁
石との結合加工が不用で生産性の高い永久磁石回転子と
なった。軸と永久磁石とは、固相接合しているため高い
密着強度が得られ、高速回転時にも破壊のない永久磁石
回転子を得ることができた。

（実施例３） 第４表に示した組成の合金を、アモルファス合金を製造
する真空メルトスピニング装置を使用して、厚さ３０μ
ｍ程度の急冷薄片を造り、この薄片をホットプレスし、
バルク化した後、実施例１で述べた後方押し出し加工す
ることによりラジアル配向した永久磁石がヨークに固相
接合した永久磁石回転子を得ることができた。

第　　４　　表 ［発明の効果コ 以上本発明によれば、押し出し加工によりラジアル異方
性の永久磁石（面内異方性も含む）をヨークと一体で製
造でき、且つ、その接合部が固相接合となっているため
に、特にインナーロータ型の回転子では、高速回転形の
電動機に使用しても破壊することのない永久磁石回転子
が得られる。

さらに永久磁石とヨークとの接合工程が不用となるため
に永久磁石回転子を低コスト・高生産性で製造できると
いう効果も有する。

型　　　　　２０４・・マンドレル 矢印　　　　３０１・・軟磁性体円柱 パイプ　　　４０１・・回転軸 フェライト磁石 樹脂結合型希土類磁石 固定子　　　６０２・・回転子 永久磁石　　６０４・・回路基板 ホールＩＣ６０６・・駆動コイル

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の永久磁石回転子の外略図第２図は、
後方押し出し機の概略図。 第３図は、押し出し機の概略図。 第４図（ａ）（ｂ）は、従来の永久磁石回転子概略図で
、　（ａ）は側面図、　（ｂ）は断面図。 第５図は、他の従来の永久磁石回転子の概略図。 第６図は、アウターロータ型電動機の断面図。 １０１・・リング状永久磁石 １０２・・回転軸　　　１０３・・接合部分２０１・・
磁石成形体　２０２・・シェル以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　銘木　喜三部　他１名第 図 （α） 第４図 第５図 ｊＩＺ図 第３図 陵４回路墓叡 ６０”３朱ユλ蕊石 ゴロ図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁界発生のための永久磁石と軟磁性体のヨークと
   から構成される永久磁石回転子において、前記永久磁石
   としてＲ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少なくと
   も１種）、Ｍ（但し遷移金属のうち少なくとも１種）、
   及びＸ（但しＩＩＩｂ族元素のうち少なくとも１種）を
   基本成分とする希土類磁石を使用したことを特徴とする
   永久磁石回転子。
2. （２）前記永久磁石と前記軟磁性体から成るヨークとが
   固相接合していることを特徴とする請求項１に記載の永
   久磁石回転子。
3. （３）前記永久磁石は、ラジアル異方性リング状磁石で
   あることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転子
   。