JPH05129127A - 異方性セグメント型磁石 - Google Patents

異方性セグメント型磁石

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JPH05129127A
JPH05129127A JP28491791A JP28491791A JPH05129127A JP H05129127 A JPH05129127 A JP H05129127A JP 28491791 A JP28491791 A JP 28491791A JP 28491791 A JP28491791 A JP 28491791A JP H05129127 A JPH05129127 A JP H05129127A
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哲 中塚
Itsuro Tanaka
逸郎 田中
Koichi Nushishiro
晃一 主代
Akira Yasuda
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 横断面の内側が円弧状を呈して長手方向に延
在し、その内側湾曲面を作用面とするセグメント形状の
磁石において、該磁石の長手方向断面における磁粉粒子
の磁化容易軸を内側作用面の中央域に集束配向させる。 【効果】 セグメント型磁石の有効作用面における表面
磁界及びモータートルクを従来よりも格段に向上させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、モーターの永久磁石
型ステーターやアウターローター等の用途に供して好適
な異方性セグメント型磁石に関し、特にその内側作用面
における表面磁界の向上を図ったものである。
【0002】
【従来の技術】従来、モーターに使用されるセグメント
型磁石としては、磁粉粒子の配向方向が図1(g)又は
(h)に示すような磁石が用いられてきた。ここで点線
は磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向であり、通常(g)
はアキシャル型配向、(h)はラジアル型配向と呼ばれ
ている。
【0003】ところで、かかるセグメント型磁石をステ
ーターとして実際にモーターに組み込んだ場合、その軸
方向における実質作用幅は、図2に記号aで示すとおり
であって、軸受け7、ワッシャー8、板ばね9及びブラ
シ10等に相当する領域は有効に利用されてはいなかっ
た。なお図中番号11はセグメント型磁石、12はローター
磁極、13はローター励磁コイル、14はシャフト、15は強
磁性体ケースである。
【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、従来、有効利用が図られて
いなかったセグメント磁石の両端部を有効に利用し、ロ
ーター磁極がステーター内側を回転し実際に通過する領
域、すなわち有効作用面における表面磁界を効果的に向
上させることにより、実質的にギャップの磁束密度を向
上させ、もってモーターのトルクを向上させることがで
きるセグメント型磁石を提案することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、横
断面の内側が円弧状を呈して長手方向に延在し、その内
側湾曲面を作用面とするセグメント形状の磁石であっ
て、該磁石の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が、長手
方向断面において、内側作用面の中央域に集束してなる
異方性セグメント型磁石(第1発明)である。
【0006】またこの発明は、第1発明において、磁石
の横断面内側方向における磁粉粒子の磁化容易軸の集束
角度が、内側円弧のラジアル角度よりも大である異方性
セグメント型磁石(第2発明)である。
【0007】
【作用】この発明では、成形金型の磁気回路に工夫を加
え、磁石材料中における磁粉粒子の配向方向を制御する
ことによって、セグメント型磁石の実質的な作用面にお
ける表面磁界の向上を図るものである。具体的には、セ
グメント状キャビティの内側湾曲面に対向させて、該セ
グメント長よりも狭幅になる湾曲状の主磁極を該セグメ
ントの中央部に配置すると共に、対向磁極を該セグメン
ト状キャビティの外周全域にわたって配置することによ
り、成形金型キャビティ内の磁力線を外周面から内側湾
曲面の中央域に集束させるのである。かくしてキャビテ
ィ内に装入された磁石材料について、その磁粉粒子の配
向方向を磁力線の方向に揃える、すなわち磁石の内側湾
曲面の実質的な作用面に集束させることができるので、
着磁後における磁束を有効に絞ることができ、その結果
磁石の実質的作用面における表面磁界を格段に向上させ
ることができ、ひいてはモータートルクの向上を図るこ
とができるのである。
【0008】図1(a),(b)及び(c)並びに
(d),(e)及び(f)にそれぞれ、この発明に従っ
て磁粉粒子を配向させたセグメント状磁石をそれぞれ示
す。同図(a)〜(c)は、長手方向断面において、磁
粉粒子の配向方向を外周面及び端面から中央部に直線的
に集束させた場合(単純集束配向)、一方同図(d)〜
(f)は、磁粉粒子の配向方向を両端面のみから中央部
に集束する場合(側面集束配向)である。また図1
(a)〜(c)及び(d)〜(f)はそれぞれ、横断面
において、磁粉粒子の配向方向をラジアル方向よりも内
周側、ラジアル方向及び内周に向かって平行(アキシャ
ル方向)とした場合であり、これらの中ではc→b→a
又はf→e→dの順でより大きな表面磁界を有効作用面
において得ることができる。
【0009】また図3,4には、かかる異方性セグメン
ト状磁石を直流モーターのステーターとして組み込んだ
状態を示す。前掲図2と図3,4とを対比すれば明らか
なように、実質的な作用面に対し、図1(g),(h)
に示された従来磁石では無駄な磁束が存在するのに対
し、図1(a)〜(f)に示される発明磁石では全ての
磁束が実質的作用面に集束して配向しており、従ってよ
り高いギャップ磁束密度が得られるのである。
【0010】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がいずれもが使用
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。
【0011】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,PEEK,CP
E,ハイバロン,ネオプレン,SBR,NBR等の合成
樹脂や、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、坑酸化剤、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。
【0012】次に、この発明に係る磁場配向成形金型の
磁気回路装置について説明する。図5(a),(b)及
び図6(a),(b)それぞれ、この発明に従う射出成
形金型の磁気回路装置の好適例を模式で示す。図5は磁
石長手方向断面における磁粉粒子の磁化容易軸が、単純
集束配向になるもの、一方図6は側面集束配向になるも
のであり、図中番号1はダイ2に設けたキャビティ、3
は主極、4は対極、5はスプールランナー、6は突き出
し棒である。
【0013】図中、主極3,対極4,突き出し棒6につ
いては、S55C,S50C,S40C等の炭素鋼、SKD11, SKD61等
のダイス鋼及びパメンジュール、純鉄等の強磁性体が使
用され、一方ダイ2としては、ステンレス鋼、銅ベリリ
ウム合金、ハイマンガン鋼、青銅、真ちゅう及び非磁性
超鋼N−7等の非磁性体が用いられる。
【0014】さて図5,6に示したところにおいて、た
とえば射出成形によってセグメント状キャビティ1内に
導入された合成樹脂磁石材料が軟化状態にある内に、該
磁石材料に対して磁場を印加すると、磁力線はセグメン
ト状キャビティ1内において、両端面を含む外周全域又
は両端面のみから、内側湾曲面の中央域に集束するよう
に透過し、それ故磁石材料中の磁粉粒子の磁化容易軸
が、この磁力線の方向に沿って内側湾曲面の中央域に集
束するように配向する結果、図1(a)〜(f)に示し
たような集束配向なるセグメント型磁石が得られるので
ある。
【0015】ここに金型磁気回路の面からは、磁束を絞
るべき内側湾曲面側では、主磁極の幅を補助極の磁極幅
よりも狭くすることが肝要で、かかる仕組みとすること
によって、磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向を目的とす
る集束方向に導くのである。その結果、この発明磁石で
は、長手方向の磁粉粒子の磁化容易軸は、図7(a),
(b)に示すように集束配向する。
【0016】以上、図5,6では、横断面における磁粉
粒子の配向方向がラジアルでかつ、長手方向断面におけ
るそれが内側作用面の中央域に集束した発明磁石を製造
する場合に用いて好適な磁気回路装置について説明した
が、図1(a)及び(d)に示したような、横断面にお
ける磁粉粒子の配向方向がラジアル方向よりも内周側に
集束するようなセグメント磁石を製造する場合には、図
8に示すように、対極が外周長さを超えて延在する磁気
回路とすることが有利である。かくして得られたセグメ
ント型磁石の横断面おける磁粉粒子の配向方向は、図9
に示すとおりであり、磁化容易軸の集束角度の方が、内
側円弧のラジアル角度よりも大きくなり、ひいてはより
高い表面磁界が得られるのである。
【0017】なお磁場中成形方法としては、磁場配向射
出成形、磁場配向圧縮成形及び磁場配向RIM成形など
が適当である。
【0018】
【実施例】実施例1 図5又は図8(長手方向断面は図5に同じ)に示すよう
な磁気回路をそなえる磁場配向成形金型を用いて、図10
に示す寸法になるセグメント型磁石を、以下の条件で製
作した。ここに磁粉粒子の集束角度は、横断面について
は図9に示したようにXで、長手方向断面については図
7(a)に示したようにYで定義した。またモータート
ルクの測定は、この発明磁石については図3に、また従
来磁石については図2に示したようにセットして行っ
た。この時ローター磁極幅は磁石幅の70%のものを使用
した。なお比較のため、従来の金型(図示せず)を用い
て図1(g),(h)に示す磁石についても製作した。
【0019】 ・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)
【0020】 ・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%
【0021】 ・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℃
【0022】 ・ホール素子 70μm 角のガリウム−ひ素
使用 ・ガウスメーター 東洋磁気製ガウスメーター
使用
【0023】かくして得られたセグメント型磁石の有効
作用面における表面磁束密度及びモーターホールヂング
トルクについて測定した結果を、表1にまとめて示す。
【0024】
【表1】
【0025】同表より明らかなように、この発明に従う
磁場配向成形金型の磁気回路装置を用いて、セグメント
型磁石中の磁粉粒子を内側作用面の中央領域に密に集束
させることにより、有効作用面における表面磁界を大幅
に向上させることができ、それに伴いモータートルクも
改善されている。
【0026】実施例2 図6又は図8(長手方向断面は図6に同じ)に示すよう
な磁気回路をそなえる磁場配向成形金型を用いて、図11
に示す寸法になるセグメント型磁石を、実施例1と同じ
条件の下に製作した。なお磁石粒子の集束角度は、横断
面については同じであるが、長手方向断面については図
7(b)に示すような側面集束率Z〔=(1−b)/a
×100 %〕で定義した。また比較のため、従来の金型
(図示せず)を用いて図1(g),(h)に示す磁石に
ついても製作した。
【0027】かくして得られたセグメント型磁石の有効
作用面における表面磁束密度及びモーターホールヂング
トルクについて測定した結果を、表2にまとめて示す。
【0028】
【表2】
【0029】同表より明らかなように、実施例1と同
様、この発明に従う磁場配向成形金型の磁気回路装置を
用いて作製した場合に、とりわけ良好な有効作用面にお
ける表面磁界及びモータートルクが得られている。
【0030】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、セグメント
型磁石材料中の磁粉粒子を内側作用面の中央域に効果的
に集束配向させることができ、ひいては着磁後の永久磁
石の有効作用面における表面磁界及びモータートルクを
従来よりも格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】セグメント型磁石の横断面及び長手断面におけ
る磁粉粒子の磁化容易軸の配向状態を示した図である。
【図2】従来のセグメント型磁石を組み込んだモーター
の断面図である。
【図3】この発明に従うセグメント型磁石を組み込んだ
モーターの断面図である。
【図4】この発明に従う別のセグメント型磁石を組み込
んだモーターの断面図である。
【図5】この発明に従う磁気回路装置をそなえる磁場配
向成形金型の模式図である。
【図6】この発明に従う別の磁気回路装置をそなえる磁
場配向成形金型の模式図である。
【図7】(a)は、長手方向断面における集束角度Yの
説明図である。(b)は、長手方向断面における側面集
束率Zの説明図である。
【図8】この発明に従う別の磁気回路装置をそなえる磁
場配向成形金型の模式図である。
【図9】横断面における集束角度Yの説明図である。
【図10】実施例1で作製したセグメント磁石の寸法を
示した図である。
【図11】実施例2で作製したセグメント磁石の寸法を
示した図である。
【符号の説明】
1 キャビティ 2 ダイ 3 主極 4 対極 5 スプールランナー 6 突き出し棒 7 軸受け 8 ワッシャー 9 板ばね 10 ブラシ 11 セグメント型磁石 12 ローター磁極 13 ローター励磁コイル 14 シャフト 15 強磁性体ケース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 主代 晃一 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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 横断面の内側が円弧状を呈して長手方向
    に延在し、その内側湾曲面を作用面とするセグメント形
    状の磁石であって、該磁石の磁粉粒子の磁化容易軸の配
    向方向が、長手方向断面において、内側作用面の中央域
    に集束してなる異方性セグメント型磁石。
  2. 【請求項2】 請求項1において、磁石の横断面内側方
    向における磁粉粒子の磁化容易軸の集束角度が、内側円
    弧のラジアル角度よりも大である異方性セグメント型磁
    石。
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