JPH11299146A

JPH11299146A - 永久磁石多極回転子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11299146A
Application number: JP10099042A
Authority: JP
Inventors: Akira Nikaido; 旦二階堂
Original assignee: Cimeo Precision Co Ltd
Current assignee: Cimeo Precision Co Ltd
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】異方性磁石粉末を配向磁場中で成形する従来
の装置により製造された永久磁石多極回転子は、１個取
りしかできずしかも工数がかかり、生産数量の増大には
複数台の設備、冶工具類が必要となりコスト高で普及が
困難であった。これを解決できる永久磁石多極回転子の
新しい構成と製造方法を提案する。【解決手段】一方向配向磁場２５で異方性永久磁石粉
末が成形される多数個の永久磁石片群２４を製作し、永
久磁石片２４ａ、２４ｂを向き合わせて重ねてカップ状
支持部材６１にセットして位置決めし、回転軸５１に固
定して多極回転子５０を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型モータや小型
発電機に応用されるラジアル方向に着磁された永久磁石
多極回転子に関するもので、特に異方性希土類焼結磁石
または異方性希土類ボンド磁石による構成と、その製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】等方性のリング状、または円盤状の永久
磁石を用いて、ラジアル方向に多極着磁して小型モータ
や小型発電機の回転子とする例は枚挙に暇がない。例え
ば、実用例として、ＦＤＤの磁気ヘッドや、ＤＶＤの光
ピックアップ装置の位置決め用のステッピングモータの
永久磁石多極回転子、ＨＤＤのスピンドルモータのそれ
を挙げることができる。また、発電機としては、小は時
計用から大は自転車用や風力発電用の永久磁石多極回転
子を列挙できる。そのほか、携帯機器の振動モータの応
用もある。この場合、等方性のリング状または円盤状の
永久磁石はフエライト、希土類磁石材料の焼結またはボ
ンド磁石が用いられているが、最大エネルギー積は等方
性希土類ＮｄＦｅＢボンド磁石でもせいぜい５６〜６４
ＫＪ／ｍ^３（７〜８ＭＧＯe）に過ぎない。小形化、薄
型化だけではなく低消費電力化を図ろうとすると、最大
エネルギー積がボンド磁石で１３６〜１６０ＫＪ／ｍ^３
（１７〜２０ＭＧＯe）、焼結磁石では５０ＭＧＯeにも
達する異方性永久磁石の使用が望まれる。等方性希土類
永久磁石では得られない特性を実現するために、異方性
永久磁石を用いて永久磁石多極回転子を構成するにはラ
ジアル方向に磁場配向させながら成形しなければならな
い。その具体的な方法の一つとして特開平９ー３２０８
７５号公報（文献Ａ）を挙げることができる。文献Ａの
図１に相当する概略図を図９に示す。図９は、従来例の
異方性永久磁石粉末の磁場配向・成形する装置の主要断
面図である。

【０００３】図９において、ヨーク１２５の上面側に設
けられて、周辺を被う磁性材料１２９がヨーク１２５に
接触している下部磁化コイル１２６と、金型１２２上に
移動可能に配置され、周辺を被う磁性材料１２９が金型
１２２の上面に、または金型１２２を支持するダイス止
１３０に接触せしめられる上部磁化コイル１２８とを有
し、上部磁化コイル１２８の中心部に、成形空間１２４
に充填された磁性粉体を圧縮成形する上パンチ１３２を
出入自在に設ける。この装置では、金型１２２の周囲を
下部コイル１２６と上部磁化コイル１２８とが形成する
ラジアル方向に分布する磁場で包み込む構造になってい
る。シュウボックス（図示せず）から磁性粉体を金型１
２２に充填し、シュウボックスを移動させて上部磁化コ
イル１２８を金型１２２に近接し、下部磁化コイル１２
６と上部磁化コイル１２８とに磁化電流を流しつつ、上
パンチ１３２で成形しなければならない。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献Ａ
で開示された装置には、本願の目的から見ると以下のよ
うな欠点があった。（１）１個取りしかできずしかも工
数がかかる。（２）生産数量を増大させるためには同様
の設備、冶工具類を複数台設けねばならず、その投資額
が大きく、償却費が増加し期待するコストを達成できな
い。本発明の目的は、前述の欠点を除去して、永久磁石
多極回転子とその製造方法を提案するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の主要部は、
（１）同一の形状をした異方性永久磁石片の相当数を、
一方向磁場中で配向しながら１回の成形で製造するこ
と。（２）前記異方性永久磁石片を１磁極ピッチずらし
て積層して回転子軸に固定することである。そのほかの
構成は、消磁工程、防錆処理、多極着磁工程は従来例と
同じである。従って、課題を解決するためになされた本
発明の請求項１に記載の永久磁石多極回転子は、ラジア
ル方向に着磁された円盤状の永久磁石多極回転子の構成
において、中央部に薄い段差があり、該段差の中心に第
１の貫通孔を設け円形外周部と直径方向に対してほぼ一
定幅の形状を有する１軸異方性材料からなる少なくとも
２個の永久磁石片を、互いに前記段差部を向き合わせて
１磁極ピッチ角度ずらして重ね合わせ、中心に第１の貫
通孔より小さい第２の貫通孔を有するカップ状支持部材
を装着し固定し、回転軸を前記カップ状支持部材の前記
第２の貫通孔に固定したことを特徴とする。

【０００５】また、課題を解決するためになされた本発
明の請求項２に記載の永久磁石多極回転子、ラジアル方
向に着磁された円盤状の永久磁石多極回転子において、
中央部に薄い段差があり、該段差の中心に第１の貫通孔
を設けた円形外周部と直径方向に対してほぼ一定幅の形
状を有する１軸異方性材料からなる少なくとも２個の永
久磁石片を、互いに前記段差部を向き合わせ、磁性部材
からなり中心に第１の貫通孔より小さい第２の貫通孔を
有する磁性材料からなる薄い円板を介して１磁極ピッチ
角度ずらして重ね合わせて接着剤等で接合し、回転軸に
前記薄い円板の第２の貫通孔に固定したことを特徴とす
る。

【０００６】また、課題を解決するためになされた本発
明の請求項３に記載の永久磁石多極回転子は、請求項２
において中央部に薄い段差があり、該段差の中心に第１
の貫通孔を設けた円形外周部と直径方向に対してほぼ一
定幅の形状を有する１軸異方性材料からなる少なくとも
２個の永久磁石片を、互いに前記段差部を向き合わせ１
磁極ピッチ角度ずらして重ね合わせて、第１の貫通孔よ
り小さい第２の貫通孔を有する非磁性円板を前記少なく
とも２個の永久磁石片の上下面に装着し、回転軸に前記
薄い円板の第２の貫通孔に固定したことを特徴とする。

【０００７】また、課題を解決するためになされた本発
明の請求項４に記載の永久磁石多極回転子は、請求項１
乃至３のいずれかの記載において前記永久磁石片を、希
土類焼結磁石または希土類ボンド磁石で構成したことを
特徴とする。

【０００８】また、課題を解決するためになされた本発
明の請求項５に記載の永久磁石多極回転子の製造方法
は、一定方向に発生する磁場装置内で、造粒処理された
異方性磁石粉末を金型に充填し成形してなるラジアル方
向に着磁された円盤状の永久磁石多極回転子の製造方法
において、中央部に薄い段差があり、該段差の中心に第
１の貫通孔を設けた円形外周部と直径方向に対してほぼ
一定幅を有する１軸異方性材料からなる複数個の磁石片
を、１軸磁場発生装置内で同時に圧縮成形する工程と、
前記複数個の磁石片を消磁する工程と、前記複数個の磁
石片を防錆処理する工程と、少なくとも２個の永久磁石
片を、互いに前記段差部を向き合わせて１磁極ピッチ角
度ずらして重ね合わせる工程と、前記重ね合わせた永久
磁石片を、中心に第１の貫通孔より小さい第２の貫通孔
を有するカップ状支持部材に装着し固定する工程と、回
転軸を前記カップ状支持部材の第２の貫通孔に固定し永
久磁石多極回転子を組み立てる工程と、前記永久磁石多
極回転子を多極着磁する工程とを有することを特徴とす
る。

【０００９】また、課題を解決するためになされた本発
明の請求項６に記載の永久磁石多極回転子の製造方法
は、請求項５において前記段差の中心に第１の貫通孔を
設けた円形外周部と直径方向に対してほぼ一定幅の形状
を有する１軸異方性材料からなる少なくとも２個の永久
磁石片を、中心に貫通孔があるカップ状支持部材にセッ
トして位置決めし、互いに前記段差部を向き合わせて磁
性部材からなり中心に第１の貫通孔より小さい第２の貫
通孔を有する薄い円板を介して１磁極ピッチ角度ずらし
て重ね合わせて接着剤等で接合し、回転軸に前記薄い円
板の第２の貫通孔に固定したことを特徴とする。

【００１０】また、課題を解決するためになされた本発
明の請求項７に記載の永久磁石多極回転子の製造方法
は、請求項６において前記段差の中心に第１の貫通孔を
設けた円形外周部と直径方向に対してほぼ一定幅の形状
を有する１軸異方性材料からなる少なくとも２個の永久
磁石片を、中心に貫通孔があるカップ状支持部材にセッ
トして位置決めし、互いに前記段差部を向き合わせ１磁
極ピッチ角度ずらして重ね合わせて、第１の貫通孔より
小さい第２の貫通孔を有する非磁性円板を前記少なくと
も２個の永久磁石片の上下面に装着し、回転軸に前記薄
い円板の第２の貫通孔に固定したことを特徴とする。

【００１１】更にまた、課題を解決するためになされた
本発明の請求項８に記載の永久磁石多極回転子の製造方
法は、請求項５乃至７のいずれかにおいて、前記永久磁
石片を、異方性希土類焼結磁石または異方性希土類ボン
ド磁石で構成したことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の永久磁石多極回転
子（以下では多極回転子と呼称）の製造工程のブロック
図である。図２は、図１の一方向磁場中成形工程２００
の概念図である。図３は、一方向磁場中成形された複数
個の永久磁石片の斜視図である。図４は、本発明の図１
に示す組立工程５００の部品の第１の実施例の展開斜視
図である。図５は、本発明の第１の実施例の多極回転子
組立完成図である。図６は、本発明の図１に示す組立工
程５００の部品の題２の実施例の展開斜視図である。図
７（Ａ）は、本発明の第２の実施例の多極回転子組立完
成図である。図７（Ｂ）は、同組立工程の治具である。
図８は、本発明の第３の実施例の多極回転子の組立完成
図である。

【００１３】図１において、磁石粉造粒工程１００を経
て製作された磁石組成物は、一方向磁場中成形工程（以
下成形工程）２００で必要な形状寸法に成形されて多数
個の永久磁石片となる。永久磁石片群は、一方向磁場中
成形工程２００で帯磁した磁気をなくすために消磁工程
３００を経て、防錆のための表面処理工程４００、組立
工程５００、着磁工程６００を経て完成する。以下図１
を詳細に説明する。

【００１４】磁石粉造粒工程１００：本発明の多極回転
子に適用される磁石粉造粒工程１００を経て製作された
磁石組成物は、粉末冶金の手法で製作される焼結磁石粉
でもよいが、ここでは形状任意性や寸法精度が容易に得
られる点から、希土類ボンド磁石について説明する。磁
石組成物は、例えばＨＤＤＲ法等で得られるＮｄＦｅＢ
系の磁気異方性希土類磁石粉末を熱可塑性樹脂（例えば
ポリアミド、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファ
イド等）または熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂、フ
ェノール、ポリエステル等）の結合樹脂、酸化防止剤
（例えばアミン系、ヒドラジン化合物等）、結合樹脂を
可塑化する可塑剤（ステアリン酸塩等）、潤滑剤（各種
ワックス等）を材料物理特性に応じる比率で混練して製
作される。これは、成形時の磁気異方性希土類磁石粉末
の磁化容易軸への回転を図るためと、ＮｄＦｅＢ系の磁
気異方性希土類磁石粉末につきまとうこの工程での防錆
のためである。前記磁石組成物は、一般的なものであっ
て容易に入手または製作が可能である。従って、本発明
の製造方法には磁石組成物による限定はない。

【００１５】一方向磁場中成形工程２００：一方向磁場
中成形工程２００は、図２および図３で詳細に示され
る。図２において、磁場発生装置２６は、磁化コイル２
１が巻回された互いに平行に対向するヨーク２２を有
し、ヨーク２２間には成形器２３が配設されて、磁化コ
イル２１が磁気異方性希土類磁石の保持力よりは大きい
磁界１，６００〜２，４００ＫＡ／ｍ（２０ＫＯｅ〜３
０ＫＯｅ）を有する一方向配向磁場２５を形成する。こ
の一方向磁場中成形工程２００では、押し出し成形法、
射出成形法、圧縮成形法等があるがそれは要求仕様によ
って選択してよい。ここでは、高性能化が図れる圧縮成
形について説明する。成形器２３は、詳細は省略するが
永久磁石片群２４が多数個取れるように、金型が製作さ
れて配設され、シュウボックスからの金型への磁石組成
物の充填、パンチによるプレスが行われる。

【００１６】図３において、一方向配向磁場２５中で多
数個取りされた永久磁石片群２４は、中央部に薄い段差
３０があり、段差３０の中心に第１の貫通孔３１を設け
円形外周部３２と直径方向３３に対してほぼ一定幅３４
の形状を有する。

【００１７】消磁工程３００：これは永久磁石片群２４
に帯磁されている磁化を、焼結磁石ならキュリー点以上
に温度を上げることによって、またボンド磁石なら交流
的な消磁で達成することができる。この目的は、ラジア
ル方向への着磁の際に、帯磁されている磁化をなくすこ
とによって、ヴァージンの着磁による各磁極の磁化の強
さのバラツキを抑えるためのものである。

【００１８】表面処理工程４００：ＮｄＦｅＢ系の磁気
異方性希土類磁石粉末による磁石組成物は酸化しやす
く、成形品の表面層に、樹脂コーティング、メッキ処理
等が行われている。本発明の実施例の工程でも通常の方
法が適用されている。

【００１９】組立工程５００：図４、図５に示す本発明
の第１の実施例の多極回転子５０は、中央部に薄い段差
３０があり、段差３０の中心に第１の貫通孔３１を設け
た円形外周部３２と直径方向３３に対してほぼ一定幅３
４の形状を有する１軸異方性材料からなる少なくとも２
個の永久磁石片２４ａ、２４ｂを、互いに前記段差部３
０の部分を向き合わせ、１磁極ピッチ角度４０をずらし
て重ね合わせ、中心に第１の貫通孔３１より小さい第２
の貫通孔４１を有する非磁性カップ状支持部材４２にセ
ットし固定し、回転軸５１をカップ状支持部材４２の第
２の貫通孔４１に固定して多極回転子５０を実現するも
のである。

【００２０】組立工程５００：図６、図７に示す本発明
の第２の実施例の多極回転子６０は、中央部に薄い段差
３０があり、段差３０の中心に第１の貫通孔３１を設け
た円形外周部３２と直径方向３３に対してほぼ一定幅３
４の形状を有する１軸異方性材料からなる少なくとも２
個の永久磁石片２４ａ、２４ｂを、中心に貫通孔４１が
あるカップ状支持部材６１にセットし、互いに前記段差
３０の部分を向き合わせ、磁性部材からなり中心に第１
の貫通孔３１より小さい第２の貫通孔４４を有する磁性
材料からなる薄い円板４３を介して１磁極ピッチ角度４
０をずらして重ね合わせて接着剤等で接合し、回転軸５
１を薄い円板の第２の貫通孔４４に固定する。この場
合、カップ状支持部材６１は組立治具の役割を果たして
いて多極回転子６０の構成部品にはならない。磁性材料
からなる薄い円板４３は、永久磁石片２４ａ、２４ｂを
接合すると同時に磁束通路を形成する。

【００２１】組立工程５００：図８に示す本発明の第３
の実施例の多極回転子７０は、中央部に薄い段差３０が
あり、段差３０の中心に第１の貫通孔３１を設けた円形
外周部３２と直径方向３３にほぼ一定幅３４の形状を有
する１軸異方性材料からなる少なくとも２個の永久磁石
片２４ａ、２４ｂを、中心に貫通孔４１があるカップ状
支持部材６１にセットし、互いに段差３０の部分を向き
合わせ１磁極ピッチ角度４０をずらして重ね合わせて、
第１の貫通孔３１より小さい第２の貫通孔７３を有する
非磁性円板７１、７２を少なくとも２個の永久磁石片２
４ａ、２４ｂの上下面にそれぞれ装着し、回転軸５１に
前記薄い非磁性円板７１、７２の第２の貫通孔７３を固
定して構成される。図示されていないが、この場合も、
カップ状支持部材６１は組立治具の役割を果たしていて
多極回転子６０の構成部品にはならない。

【００２２】着磁工程６００：第１の実施例の多極回転
子５０、第２の実施例の多極回転子６０および第３の実
施例の多極回転子７０は、通常実施されているラジアル
多極着磁器で永久磁石材料の保持力の２〜３倍の磁界を
発生できる数ｍｓのパルス高電流で着磁される。

【００２３】本発明実施例の説明では、４極の多極回転
子で行ってきたがこれに限定されることはなく構成する
ことができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の多極回転子の製造方法によれ
ば、同一の形状をした多数の異方性永久磁石片を、一方
向磁場中で配向しながら１回の成形で製造することがで
きるので、従来の方法では実現が困難であったラジアル
着磁の多極回転子のコスト・パフォーマンスを大幅に改
善することができる。

【００２５】また、本発明の多極回転子の製造方法によ
れば、異方性永久磁石片を１磁極ピッチ角度ずらして積
層して回転子軸に固定するので多極回転子の組立てが容
易であり、形状任意性と高精度のボンド磁石に適用する
なら一層効果的である。

【００２６】また更に、本発明の多極回転子の構成によ
れば、高速で遠心力の大きい用途では、堅牢な構造の第
１の実施例が適用でき、また通常の回転数なら第２およ
び第３の実施例が適用できる。従って、時計用の発電機
や振動モータ、コンピュータ周辺機器等に広く応用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多極回転子の製造工程のブロック図で
ある。

【図２】図１の一方向磁場中成形工程２００の概念図で
ある。

【図３】一方向磁場中成形された複数個の永久磁石片の
斜視図である。

【図４】本発明の図１に示す組立工程５００の部品の第
１の実施例の展開斜視図である。

【図５】本発明の第１の実施例の多極回転子組立完成図
である。

【図６】本発明の図１に示す組立工程５００の部品の第
２の実施例の展開斜視図である。

【図７】図７（Ａ）は、本発明の第２の実施例の多極回
転子組立完成図である。図７（Ｂ）は、同組立工程の治
具である。

【図８】本発明の第３の実施例の多極回転子の組立完成
図である。

【図９】従来例の異方性永久磁石粉末の磁場配向・成形
する装置の要部断面図である。

【符号の説明】

２４永久磁石片群２４ａ、２４ｂ永久磁石片２５配向磁場３０段差３１第１の貫通孔３２円形外周部３３直径方向３４一定幅５０多極回転子５１回転軸６１カップ状支持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ラジアル方向に着磁された円盤状の永久
磁石多極回転子において、中央部に薄い段差があり、該
段差の中心に第１の貫通孔を設け円形外周部と直径方向
に対してほぼ一定幅の形状を有する１軸異方性材料から
なる少なくとも２個の永久磁石片を、互いに前記段差部
を向き合わせて１磁極ピッチ角度ずらして重ね合わせ、
中心に第１の貫通孔より小さい第２の貫通孔を有するカ
ップ状支持部材を装着し固定し、回転軸を前記カップ状
支持部材の前記第２の貫通孔に固定したことを特徴とす
る永久磁石多極回転子。
【請求項２】ラジアル方向に着磁された円盤状の永久
磁石多極回転子において、中央部に薄い段差があり、該
段差の中心に第１の貫通孔を設けた円形外周部と直径方
向に対してほぼ一定幅の形状を有する１軸異方性材料か
らなる少なくとも２個の永久磁石片を互いに前記段差部
を向き合わせ、磁性部材からなり中心に第１の貫通孔よ
り小さい第２の貫通孔を有する磁性材料からなる薄い円
板を介して１磁極ピッチ角度ずらして重ね合わせて接着
剤等で接合し、回転軸に前記薄い円板の第２の貫通孔に
固定したことを特徴とする永久磁石多極回転子。
【請求項３】中央部に薄い段差があり、該段差の中心
に第１の貫通孔を設けた円形外周部と直径方向に対して
ほぼ一定幅の形状を有する１軸異方性材料からなる少な
くとも２個の永久磁石片を、互いに前記段差部を向き合
わせ１磁極ピッチ角度ずらして重ね合わせて、第１の貫
通孔より小さい第２の貫通孔を有する非磁性円板を前記
少なくとも２個の永久磁石片の上下面に装着し、回転軸
に前記薄い円板の第２の貫通孔に固定したことを特徴と
する永久磁石多極回転子。
【請求項４】前記永久磁石片を、希土類焼結磁石また
は希土類ボンド磁石で構成したことを特徴とする請求項
１乃至３のいずれかに記載の永久磁石多極回転子。
【請求項５】ラジアル方向に発生する磁場装置内で、
造粒処理された異方性磁石粉末を金型に充填し成形して
なるラジアル方向に着磁された円盤状の永久磁石多極回
転子の製造方法において、中央部に薄い段差があり、該
段差の中心に第１の貫通孔を設けた円形外周部と直径方
向に対してほぼ一定幅を有する１軸異方性材料からなる
複数個の磁石片を、１軸磁場発生装置内で同時に圧縮成
形する工程と、前記複数個の磁石片を消磁する工程と、
前記複数個の磁石片を防錆処理する工程と、少なくとも
２個の永久磁石片を、互いに前記段差部を向き合わせて
１磁極ピッチ角度ずらして重ね合わせる工程と、前記重
ね合わせた永久磁石片を、中心に第１の貫通孔より小さ
い第２の貫通孔を有するカップ状支持部材に装着し固定
する工程と、回転軸を前記カップ状支持部材の第２の貫
通孔に固定し永久磁石多極回転子を組み立てる工程と、
前記永久磁石多極回転子を多極着磁する工程とを有する
ことを特徴とする永久磁石多極回転子の製造方法。
【請求項６】前記段差の中心に第１の貫通孔を設けた
円形外周部と直径方向に対してほぼ一定幅の形状を有す
る１軸異方性材料からなる少なくとも２個の永久磁石片
を、中心に貫通孔がありカップ状支持部材にセットして
位置決めし、互いに前記段差部を向き合わせて磁性部材
からなり中心に第１の貫通孔より小さい第２の貫通孔を
有する薄い円板を介して１磁極ピッチ角度ずらして重ね
合わせて接着剤等で接合し、回転軸に前記薄い円板の第
２の貫通孔に固定したことを特徴とする請求項５に記載
の永久磁石多極回転子の製造方法。
【請求項７】前記段差の中心に第１の貫通孔を設けた
円形外周部と直径方向に対してほぼ一定幅の形状を有す
る１軸異方性材料からなる少なくとも２個の永久磁石片
を、中心に貫通孔がありカップ状支持部材にセットして
位置決めし、互いに前記段差部を向き合わせ１磁極ピッ
チ角度ずらして重ね合わせて、第１の貫通孔より小さい
第２の貫通孔を有する非磁性円板を前記少なくとも２個
の永久磁石片の上下面に装着し、回転軸に前記薄い円板
の第２の貫通孔に固定したことを特徴とする請求項６に
記載の永久磁石多極回転子の製造方法。
【請求項８】前記永久磁石片を、異方性希土類焼結磁
石または異方性希土類ボンド磁石で構成したことを特徴
とする請求項５乃至７のいずれかに記載の永久磁石多極
回転子の製造方法。