モータロータ用セグメント磁性片の製造方法
【課題】逆ラジアル磁化配向のセグメント磁性片を簡易かつ安価に製造する
【解決手段】中心から径方向へ延びるラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体１を得る工程と、当該磁性体１を周方向へ一定長さで分割して磁性原片２を得る工程と、磁性原片２の凹状をなす内周弧面２ａを所定の凸状弧面５ａに成形してセグメント磁性片５を得る工程とを備える。セグメント磁性片５の外周弧面２ｂ側を、ロータ３の、ステータ４に対向する周面に固定して当該周面の周方向へ必要数のセグメント磁性片５を配置する。
【解決手段】中心から径方向へ延びるラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体１を得る工程と、当該磁性体１を周方向へ一定長さで分割して磁性原片２を得る工程と、磁性原片２の凹状をなす内周弧面２ａを所定の凸状弧面５ａに成形してセグメント磁性片５を得る工程とを備える。セグメント磁性片５の外周弧面２ｂ側を、ロータ３の、ステータ４に対向する周面に固定して当該周面の周方向へ必要数のセグメント磁性片５を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータロータ用セグメント磁性片の製造方法に関し、特に、ステータに向かって収束する逆ラジアル磁化配向を有するモータロータ用のセグメント磁性片を簡易に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で強力なブラシレスモータとしてロータの表面に磁石を貼り合わせたＳＰＭ（Surface Permanent Magnet Motor）が注目されている。この場合、特許文献１に示されているように、ロータに設けられた磁石にステータに向かって収束する逆ラジアル磁化配向を持たせると、ステータとロータの間の空隙における磁束密度が高くなるため大きなモータトルクを得ることができるとともに、コギングトルクやトルクリップルも小さくすることが可能になる。
【０００３】
そこで、特許文献２には、非磁性体のダイス内に、一対のＣ形断面のキャビティを互いの外弧が対称に接するように設けて、これらキャビティ内に充填した磁粉に配向磁場を作用させることによって逆ラジアル磁化配向を有するセグメント磁性片（磁石）を製造する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４２４１４
【特許文献２】特開２００５−２８７１８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の製造方法では、複雑な形状のダイスを準備する必要があるとともに、ダイス内に設けることができるキャビティの数が実用的には一対か二対と限られることから、必要数のセグメント磁性片を得るのに手間を要するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、複雑な形状のダイスを準備したり、必要数を確保するのに多大な手間を要することなく、逆ラジアル磁化配向のセグメント磁性片を簡易かつ安価に製造することが可能なモータロータ用セグメント磁性片の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本第１発明のモータロータ用のセグメント磁性片の製造方法では、中心から径方向へ延びるラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体（１）を得る工程と、当該磁性体（１）を周方向へ一定長さで分割して磁性原片（２）を得る工程と、磁性原片（２）の凹状をなす内周弧面（２ａ）を所定の凸状弧面（５ａ）に成形してセグメント磁性片（５）を得る工程とを備える。
【０００８】
本第１発明によれば、ラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体を製造して、これを周方向へ分割して磁性原片を得、磁性原片の内周弧面を所定の凸状弧面に成形するという簡易な方法でセグメント磁性片を得ることができるから、従来のような複雑な形状のダイスを準備したり、必要数のセグメント磁性片を確保するのに手間を要するという問題が解消される。
【０００９】
本第２発明のモータロータ用のセグメント磁性片の製造方法では、上記磁性体（１）を熱間押出し成形で製造する。
【００１０】
本第２発明によれば、特に配向用の磁界を作用させることなく、ラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体を容易に得ることができる。
【００１１】
本第３発明のモータロータでは、本第１発明に記載の製造方法によって製造されたセグメント磁性片（５）の外周弧面（２ｂ）側を、ロータ（３）の、ステータ（４）に対向する周面に固定して当該周面の周方向へセグメント磁性片（５）を配置する。
【００１２】
本第３発明においては、セグメント磁性片の外周弧面側を、ロータの、ステータに対向する周面に固定することによって、ステータに向けて収束する逆ラジアルの磁化配向を有するセグメント磁性片がロータの周面に配置される。これらセグメント磁性片を周方向で交互に異なる磁極に着磁することにより、大きなモータトルクを有し、かつコギングトルクやトルクリップルが充分小さいブラシレスモータを得ることができる。
【００１３】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明のモータロータ用セグメント磁性片の製造方法によれば、複雑な形状のダイスを準備したり、必要数を確保するのに多大な手間を要することなく、逆ラジアル磁化配向のセグメント磁性片を簡易かつ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】磁性体の正面図である。
【図２】磁性原片の断面図である。
【図３】セグメント磁性片の断面図である。
【図４】ブラシレスモータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、セグメント磁性片の製造方法について説明する。最初に図１に示すような円環状の磁性体１を製造する。この磁性体１の磁化配向は、図中に破線で示すようにその中心から径方向へ延びるラジアル状となっている。このような磁性体１は公知の方法で製造することができる。例えば、磁性薄片をコールドプレスした後、ホットプレスし、これを押出し成形して不要部を切断することにより円環状の磁性体を得ることができる（熱間押出し成形）。このような熱間押出し成形で得た磁性体はラジアル状の磁化配向を有している。あるいは、磁粉を、ラジアル状の配向磁場を作用させた状態で冷間圧縮し、その後、焼結、アニーリングを行い、切断・研削工程を経てラジアル状磁化配向を有する円環状の上記磁性体とする。磁性体の内外径や厚みは、必要とされるセグメント磁性片の大きさや数に応じて適当に決定される。
【００１７】
次に、上記磁性体１を周方向へ所定長さで切断する。本実施形態では磁性体１を周方向に等分に分割して（図１の鎖線）１６個の磁性原片２を得ている。これら磁性原片２では、磁化配向は内周弧面２ａ側から外周弧面２ｂ側へ向けて発散するものとなっており（図２の破線）、これは外周弧面２ｂ側から見ると内周弧面２ａ側へ向けて収束するものとなっている。
【００１８】
ここにおいて、本実施形態では外周弧面２ｂ側を、モータロータの、ステータに対向する周面に固定するようにする。このために、ステータの内周面と間隙をおいて直接対向することになる磁性原片２の凹状の内周弧面２ａの両側部を図２の鎖線で示すように削除して、磁性原片２の内周弧面２ａを凸状弧面５ａに成形してセグメント磁性片５とする（図３）。なお、この凸状弧面５ａの形状は、モータのトルク、コギングトルク、トルクリップルに大きく影響を与えるため、モータに対する要求性能を勘案し、適切に調整される。一般的には、磁極端部のステータとのギャップを大きく取るにつれ、コギングトルク、トルクリップルは改善するものの、トルクは低下するというトレードオフの関係となる。
【００１９】
このように成形したセグメント磁性片５の外周弧面２ｂ側を、ブラシレスモータのインナロータ３の外周面に接合固定した例を図４に示す。本実施形態では上記ロータ３の外周面に同形のセグメント磁性片５を等間隔で複数個（８個）固定し配置してある。各セグメント磁性片５の磁化配向は外方のステータ４に向けて収束する逆ラジアル状となっている（図４中の破線）。したがって、セグメント磁性片５を公知の方法で周方向へ交互に異なる磁極に着磁することにより、大きなモータトルクを有し、かつコギングトルクやトルクリップルが充分小さいブラシレスモータを得ることができる。ここで、ロータ３の外周面に接合されるセグメント磁性片５の外周弧面２ｂは、ロータ外周面の成形加工やロータ外周面への接合を容易にするために平面状に削除成形すると良い。なお、図４中、符号４１は三相のステータコイルである。
【００２０】
（実施例）
既述の熱間押出し成形で内径３６．７mm、外径４３mm、軸方向の長さ３５mmのNd-Fe-B製の円環状磁性体２を製作し、これを周方向へ１６個の等分に分割して磁化配向が外周弧面２ｂ側から内周弧面２ａ側へ逆ラジアル状の磁性原片２を得、これらを上述したように成形してセグメント磁性片５としてインナロータ３の外周面に等間隔で８個配置し（図４）、その平均トルク、コギングトルク、トルクリップルを測定した。その結果を表１に示す。比較例として、セグメント磁性片の磁化配向がパラレルの、同構造のブラシレスモータの平均トルク、コギングトルク、トルクリップルも示す。表１より明らかなように、本発明の方法で製造されたセグメント磁性片５を備えた本実施例のブラシレスモータは、充分に大きいな平均トルクを有するとともに、比較例のものに比してコギングトルク、トルクリップルのいずれも充分小さくなる。本実施例では本発明をインナロータに適用した例について説明したが、アウタロータにも同様に適用することができる。
【００２１】
なお、平均トルク、トルクリップルは以下のように測定した。すなわち、上記ブラシレスモータの三相コイル４１に正弦波でＩrms＝１４．１Ａの電流を通電し、外部モータで適切な回転数になるように負荷をかける。回転が一定となった後、外部モータのシャフトに発生したトルク変化をトルク検出器で検出して、ロータ一回転中のトルク平均値を平均トルクとした。また、測定時間内でのトルクの最大値と最小値の差を平均トルクに対する割合で表してトルクリップルとした。
【００２２】
コギングトルクは以下のように測定した。すなわち、上記ブラシレスモータを非通電状態とした状態で外部モータによってインナロータ３をごく低速の一定速度で回転させ、外部モータのシャフトに発生したトルク変化をトルク検出器で検出して、ロータ一回転中のトルクの最大値と最小値の差をコギングトルクとした。
【００２３】
【表１】
【符号の説明】
【００２４】
１…磁性体、２…磁性原片、２ａ…内周弧面、２ｂ…外周弧面、３…ロータ、４…ステータ、５…セグメント磁性片、５ａ…凸状弧面。
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータロータ用セグメント磁性片の製造方法に関し、特に、ステータに向かって収束する逆ラジアル磁化配向を有するモータロータ用のセグメント磁性片を簡易に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で強力なブラシレスモータとしてロータの表面に磁石を貼り合わせたＳＰＭ（Surface Permanent Magnet Motor）が注目されている。この場合、特許文献１に示されているように、ロータに設けられた磁石にステータに向かって収束する逆ラジアル磁化配向を持たせると、ステータとロータの間の空隙における磁束密度が高くなるため大きなモータトルクを得ることができるとともに、コギングトルクやトルクリップルも小さくすることが可能になる。
【０００３】
そこで、特許文献２には、非磁性体のダイス内に、一対のＣ形断面のキャビティを互いの外弧が対称に接するように設けて、これらキャビティ内に充填した磁粉に配向磁場を作用させることによって逆ラジアル磁化配向を有するセグメント磁性片（磁石）を製造する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４２４１４
【特許文献２】特開２００５−２８７１８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の製造方法では、複雑な形状のダイスを準備する必要があるとともに、ダイス内に設けることができるキャビティの数が実用的には一対か二対と限られることから、必要数のセグメント磁性片を得るのに手間を要するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、複雑な形状のダイスを準備したり、必要数を確保するのに多大な手間を要することなく、逆ラジアル磁化配向のセグメント磁性片を簡易かつ安価に製造することが可能なモータロータ用セグメント磁性片の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本第１発明のモータロータ用のセグメント磁性片の製造方法では、中心から径方向へ延びるラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体（１）を得る工程と、当該磁性体（１）を周方向へ一定長さで分割して磁性原片（２）を得る工程と、磁性原片（２）の凹状をなす内周弧面（２ａ）を所定の凸状弧面（５ａ）に成形してセグメント磁性片（５）を得る工程とを備える。
【０００８】
本第１発明によれば、ラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体を製造して、これを周方向へ分割して磁性原片を得、磁性原片の内周弧面を所定の凸状弧面に成形するという簡易な方法でセグメント磁性片を得ることができるから、従来のような複雑な形状のダイスを準備したり、必要数のセグメント磁性片を確保するのに手間を要するという問題が解消される。
【０００９】
本第２発明のモータロータ用のセグメント磁性片の製造方法では、上記磁性体（１）を熱間押出し成形で製造する。
【００１０】
本第２発明によれば、特に配向用の磁界を作用させることなく、ラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体を容易に得ることができる。
【００１１】
本第３発明のモータロータでは、本第１発明に記載の製造方法によって製造されたセグメント磁性片（５）の外周弧面（２ｂ）側を、ロータ（３）の、ステータ（４）に対向する周面に固定して当該周面の周方向へセグメント磁性片（５）を配置する。
【００１２】
本第３発明においては、セグメント磁性片の外周弧面側を、ロータの、ステータに対向する周面に固定することによって、ステータに向けて収束する逆ラジアルの磁化配向を有するセグメント磁性片がロータの周面に配置される。これらセグメント磁性片を周方向で交互に異なる磁極に着磁することにより、大きなモータトルクを有し、かつコギングトルクやトルクリップルが充分小さいブラシレスモータを得ることができる。
【００１３】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明のモータロータ用セグメント磁性片の製造方法によれば、複雑な形状のダイスを準備したり、必要数を確保するのに多大な手間を要することなく、逆ラジアル磁化配向のセグメント磁性片を簡易かつ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】磁性体の正面図である。
【図２】磁性原片の断面図である。
【図３】セグメント磁性片の断面図である。
【図４】ブラシレスモータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、セグメント磁性片の製造方法について説明する。最初に図１に示すような円環状の磁性体１を製造する。この磁性体１の磁化配向は、図中に破線で示すようにその中心から径方向へ延びるラジアル状となっている。このような磁性体１は公知の方法で製造することができる。例えば、磁性薄片をコールドプレスした後、ホットプレスし、これを押出し成形して不要部を切断することにより円環状の磁性体を得ることができる（熱間押出し成形）。このような熱間押出し成形で得た磁性体はラジアル状の磁化配向を有している。あるいは、磁粉を、ラジアル状の配向磁場を作用させた状態で冷間圧縮し、その後、焼結、アニーリングを行い、切断・研削工程を経てラジアル状磁化配向を有する円環状の上記磁性体とする。磁性体の内外径や厚みは、必要とされるセグメント磁性片の大きさや数に応じて適当に決定される。
【００１７】
次に、上記磁性体１を周方向へ所定長さで切断する。本実施形態では磁性体１を周方向に等分に分割して（図１の鎖線）１６個の磁性原片２を得ている。これら磁性原片２では、磁化配向は内周弧面２ａ側から外周弧面２ｂ側へ向けて発散するものとなっており（図２の破線）、これは外周弧面２ｂ側から見ると内周弧面２ａ側へ向けて収束するものとなっている。
【００１８】
ここにおいて、本実施形態では外周弧面２ｂ側を、モータロータの、ステータに対向する周面に固定するようにする。このために、ステータの内周面と間隙をおいて直接対向することになる磁性原片２の凹状の内周弧面２ａの両側部を図２の鎖線で示すように削除して、磁性原片２の内周弧面２ａを凸状弧面５ａに成形してセグメント磁性片５とする（図３）。なお、この凸状弧面５ａの形状は、モータのトルク、コギングトルク、トルクリップルに大きく影響を与えるため、モータに対する要求性能を勘案し、適切に調整される。一般的には、磁極端部のステータとのギャップを大きく取るにつれ、コギングトルク、トルクリップルは改善するものの、トルクは低下するというトレードオフの関係となる。
【００１９】
このように成形したセグメント磁性片５の外周弧面２ｂ側を、ブラシレスモータのインナロータ３の外周面に接合固定した例を図４に示す。本実施形態では上記ロータ３の外周面に同形のセグメント磁性片５を等間隔で複数個（８個）固定し配置してある。各セグメント磁性片５の磁化配向は外方のステータ４に向けて収束する逆ラジアル状となっている（図４中の破線）。したがって、セグメント磁性片５を公知の方法で周方向へ交互に異なる磁極に着磁することにより、大きなモータトルクを有し、かつコギングトルクやトルクリップルが充分小さいブラシレスモータを得ることができる。ここで、ロータ３の外周面に接合されるセグメント磁性片５の外周弧面２ｂは、ロータ外周面の成形加工やロータ外周面への接合を容易にするために平面状に削除成形すると良い。なお、図４中、符号４１は三相のステータコイルである。
【００２０】
（実施例）
既述の熱間押出し成形で内径３６．７mm、外径４３mm、軸方向の長さ３５mmのNd-Fe-B製の円環状磁性体２を製作し、これを周方向へ１６個の等分に分割して磁化配向が外周弧面２ｂ側から内周弧面２ａ側へ逆ラジアル状の磁性原片２を得、これらを上述したように成形してセグメント磁性片５としてインナロータ３の外周面に等間隔で８個配置し（図４）、その平均トルク、コギングトルク、トルクリップルを測定した。その結果を表１に示す。比較例として、セグメント磁性片の磁化配向がパラレルの、同構造のブラシレスモータの平均トルク、コギングトルク、トルクリップルも示す。表１より明らかなように、本発明の方法で製造されたセグメント磁性片５を備えた本実施例のブラシレスモータは、充分に大きいな平均トルクを有するとともに、比較例のものに比してコギングトルク、トルクリップルのいずれも充分小さくなる。本実施例では本発明をインナロータに適用した例について説明したが、アウタロータにも同様に適用することができる。
【００２１】
なお、平均トルク、トルクリップルは以下のように測定した。すなわち、上記ブラシレスモータの三相コイル４１に正弦波でＩrms＝１４．１Ａの電流を通電し、外部モータで適切な回転数になるように負荷をかける。回転が一定となった後、外部モータのシャフトに発生したトルク変化をトルク検出器で検出して、ロータ一回転中のトルク平均値を平均トルクとした。また、測定時間内でのトルクの最大値と最小値の差を平均トルクに対する割合で表してトルクリップルとした。
【００２２】
コギングトルクは以下のように測定した。すなわち、上記ブラシレスモータを非通電状態とした状態で外部モータによってインナロータ３をごく低速の一定速度で回転させ、外部モータのシャフトに発生したトルク変化をトルク検出器で検出して、ロータ一回転中のトルクの最大値と最小値の差をコギングトルクとした。
【００２３】
【表１】
【符号の説明】
【００２４】
１…磁性体、２…磁性原片、２ａ…内周弧面、２ｂ…外周弧面、３…ロータ、４…ステータ、５…セグメント磁性片、５ａ…凸状弧面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心から径方向へ延びるラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体を得る工程と、当該磁性体を周方向へ一定長さで分割して磁性原片を得る工程と、磁性原片の凹状をなす内周弧面を所定の凸状弧面に成形してセグメント磁性片を得る工程とを備えるモータロータ用のセグメント磁性片の製造方法。
【請求項２】
前記磁性体を熱間押出し成形で製造する請求項１に記載のモータロータ用のセグメント磁性片の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法によって製造されたセグメント磁性片の外周凸弧面側を、ロータの、ステータに対向する周面に固定して当該周面の周方向へセグメント磁性片を配置したモータロータ。
【請求項１】
中心から径方向へ延びるラジアル状の磁化配向を有する円環状の磁性体を得る工程と、当該磁性体を周方向へ一定長さで分割して磁性原片を得る工程と、磁性原片の凹状をなす内周弧面を所定の凸状弧面に成形してセグメント磁性片を得る工程とを備えるモータロータ用のセグメント磁性片の製造方法。
【請求項２】
前記磁性体を熱間押出し成形で製造する請求項１に記載のモータロータ用のセグメント磁性片の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法によって製造されたセグメント磁性片の外周凸弧面側を、ロータの、ステータに対向する周面に固定して当該周面の周方向へセグメント磁性片を配置したモータロータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１１５０８３（Ｐ２０１２−１１５０８３Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３４１７（Ｐ２０１０−２６３４１７）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
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