(57)【要約】【課題】特定方向へ磁束を発生させることができる異方性永久磁石片を得ることを目的とする。【解決手段】電気導体２９の外周側に形成されるリング状のキャビティ２７内に磁性粉末３０を充填し、電気導体２９に電流を流してキャビティ２７内に円周方向の磁界を発生させることにより磁性粉末３０を円周方向に磁気配向させてリング状の異方性永久磁石１０を形成する。そして、リング状の異方性永久磁石１０を周方向に分割し、異方性永久磁石片１を得る。この異方性永久磁石片１は略リング形状を周方向に分割した形状を有し、配向方向線が略リング形状の外周側に凸の同心円弧状の曲線である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略リング形状を周方向に分割した形状を有し、配向方向線が上記略リング形状の外周側に凸の同心円弧状の曲線であることを特徴とする異方性永久磁石片。
【請求項２】
上記永久磁石片の断面形状は、配向方向線の曲率が大きいほど幅寸法が小さく、配向方向線の曲率が小さいほど幅寸法が大きい形状であることを特徴とする請求項１に記載の異方性永久磁石片。
【請求項３】
上記永久磁石片の配向方向線は、上記永久磁石片の周方向に対向する２辺に対して直交することを特徴とする請求項１または２に記載の異方性永久磁石片。
【請求項４】
円周方向に磁気配向されたリング状の異方性永久磁石を周方向に分割して形成することを特徴とする異方性永久磁石片の製造方法。
【請求項５】
電気導体の外周側に形成されるリング状のキャビティ内に磁性粉末を充填する工程と、上記電気導体に電流を流して上記キャビティ内に円周方向の磁界を発生させることにより上記磁性粉末を円周方向に磁気配向させてリング状の異方性永久磁石を形成する工程と、上記リング状の異方性永久磁石を周方向に分割する工程とを備えたことを特徴とする異方性永久磁石片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、異方性を有する永久磁石片とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石型回転子は、扇状の鋼板からなる積層片を所定厚さに積層して磁極片を構成し、複数個の磁極片を放射状に並べ、磁極片の平面部の間に断面が矩形の永久磁石を挟んで接着剤により固定して円筒状の回転子鉄心を形成している（例えば、特許文献１参照）。
また従来の異方性多極プラスチック磁石の製造金型装置は、キャビティの周囲に強磁性部材で形成された複数の磁芯と永久磁石とが、永久磁石の極が磁芯の両側で同極となるように交互に配置されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０３−３６９４５号公報（［従来の技術］、図１０等）
【特許文献２】特許第３８３９２１７号公報（段落［０００５］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来より、永久磁石型回転子や異方性多極プラスチック磁石の製造金型装置において使用される異方性永久磁石片は、一般的に一軸方向に磁気配向されたものであった。
【０００５】
図２７は、従来の一般的な異方性永久磁石片を永久磁石型回転子６に使用した場合の平面図である。回転軸６０の外周側に複数の板状の異方性永久磁石片６１と複数の扇形の鉄心６２が交互に配置され、異方性永久磁石片６１と鉄心６２とが接着されている。図中実線の矢印は異方性永久磁石片６１内部の磁気の配向方向を示し、点線の矢印は異方性永久磁石片６１から発生する磁束の流れを示す。図に示すように一軸方向に磁気配向された異方性永久磁石片６１は、その極が鉄心６２の両側で同極となるように交互に配置されており、異方性永久磁石片６１から発生する磁束が鉄心６２内で対向して永久磁石型回転子６の外周表面へ磁力を発生させている。しかしながら、このような一軸方向に磁気配向された異方性永久磁石片６１では、永久磁石型回転子６の外周方向だけでなく回転軸６０方向にも磁束が流れてしまうという問題があった。
【０００６】
図２８は、従来の一般的な異方性永久磁石片を異方性多極プラスチック磁石の磁界発生装置７に使用した場合の概念図である。リング状の非磁性部材７０と軸部材７１とから形成されるリング状キャビティ７２の外周側に、複数の磁芯７３と複数の異方性永久磁石片７４が交互に配置され固定されている。図中実線の矢印は異方性永久磁石片７４内部の磁気の配向方向線を示し、点線の矢印は異方性永久磁石片７４から発生する磁束の流れを示す。図に示すように一軸方向に磁気配向された異方性永久磁石片７４は、その極が磁芯７３の両側で同極となるように交互に配置されており、異方性永久磁石片７４から発生する磁束がキャビティ７２内へ磁界を発生させている。しかしながら、このような一軸方向に磁気配向された異方性永久磁石片７４では、キャビティ７２方向だけでなく磁界発生装置７の外周方向にも磁束が流れてしまうという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、特定方向へ強く磁束を発生させることができる異方性永久磁石片を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る異方性永久磁石片は、略リング形状を周方向に分割した形状を有し、配向方向線が上記略リング形状の外周側に凸の同心円弧状の曲線であることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明に係る異方性永久磁石片の製造方法は、円周方向に磁気配向されたリング状の異方性永久磁石を周方向に分割して形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る異方性永久磁石片によれば、配向方向線が上記略リング形状の外周側に凸の同心円弧状の曲線としたため、特定方向へ磁束を発生させることができる。従って、特定方向に同じ磁力を発生させるために必要な永久磁石の体積を減らすことができる。また、略リング形状を周方向に分割した形状を有しているため、永久磁石片の製造を容易にすることができる。
【００１１】
また、この発明に係る異方性永久磁石片の製造方法によれば、円周方向に磁気配向されたリング状の異方性永久磁石を周方向に分割して異方性永久磁石片を形成するため、略リング形状を周方向に分割した形状を有し、配向方向線が上記略リング形状の外周側に凸の同心円弧状の曲線である異方性永久磁石片を、効率的に同時に多数個製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片を形成するためのリング状永久磁石の製造装置の概念図である。
【図４】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の製造方法を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の製造方法を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の製造方法を説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の製造方法を説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の製造方法を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の製造方法を説明するための図である。
【図１０】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の製造方法を説明するための図である。
【図１１】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の製造方法の別例を説明するための図である。
【図１２】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片を形成するためのリング状永久磁石の別例の製造装置の概念図である。
【図１３】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片を形成するためのリング状永久磁石の他の別例の製造装置の概念図である。
【図１４】この発明の実施の形態１における別例の異方性永久磁石片を示す平面図である。
【図１５】この発明の実施の形態１における別例の異方性永久磁石片の製造方法を説明する図である。
【図１６】この発明の実施の形態１における他の別例の異方性永久磁石片を示す平面図である。
【図１７】この発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の製造方法の他の別例を説明する図である。
【図１８】この発明の実施の形態２における永久磁石型回転子を示す平面図である。
【図１９】この発明の実施の形態２における別例の永久磁石型回転子の一部拡大図である。
【図２０】この発明の実施の形態２における永久磁石型回転子の製造方法を説明するための図である。
【図２１】この発明の実施の形態２における他の別例の永久磁石型回転子を示す斜視図である。
【図２２】この発明の実施の形態２における永久磁石型回転子と、比較例１の永久磁石型回転子とにそれぞれ使用される永久磁石片から発生する磁束の様子を示す概念図である。
【図２３】この発明の実施の形態２における永久磁石型回転子と、比較例１の永久磁石型回転子と、比較例２の永久磁石型回転子とにそれぞれ使用される永久磁石片の磁束密度のピーク値を測定した結果を示す図である。
【図２４】この発明の実施の形態２における永久磁石型回転子と、比較例１の永久磁石型回転子と、比較例２の永久磁石型回転子とにそれぞれ使用される永久磁石片の断面形状を示す概念図である。
【図２５】この発明の実施の形態２における永久磁石型回転子の永久磁石片の回転軸方向の漏れ磁束と、比較例１の永久磁石型回転子の永久磁石片の回転軸方向の漏れ磁束を現した磁界解析結果である。
【図２６】この発明の実施の形態３における磁界発生装置を示す概念図である。
【図２７】従来の一般的な異方性永久磁石片を永久磁石型回転子に使用した場合の平面図である。
【図２８】従来の一般的な異方性永久磁石片を異方性多極プラスチック磁石の磁界発生装置に使用した場合の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における異方性永久磁石片の斜視図、図２は図１の異方性永久磁石片（以下、永久磁石片とする）の概略の平面図である。
図１に示すように、ネオジム焼結磁石等から形成される永久磁石片１は、断面が略リング形状を周方向に分割した形状であり、軸方向に延びる柱状に形成されている。図１、２中の永久磁石片１内の矢印は磁化容易軸の方向（磁化されやすい方向）であり、図に示すように磁化容易軸は連続的に変化して、略リング形状の外周側に凸の同心円弧状の曲線となるように形成されている。磁化容易軸の方向は永久磁石成形時の磁場配向により揃えられるものであり、この磁化容易軸の方向線を以下配向方向線と呼ぶ。図２中点線は永久磁石片１から発生する磁束の流れを示す。図からわかるように、配向方向線が略リング形状の外周側に凸の同心円弧状の曲線であるため、磁束は略リング形状の内周方向に流れる。
本実施の形態１では、永久磁石片１の断面形状は、この配向方向線の曲率が大きいほど幅寸法が小さく配向方向線の曲率が小さいほど幅寸法が大きくなる略扇形状であり、扇形の中心側をこの扇形と同心の円弧により切り落とした形状としている。また配向方向線は、略リング形状の中心と同心の円弧状の曲線である。
なお、本実施の形態１では、希土類焼結磁石であるネオジム焼結磁石を永久磁石片１として使用しているが、これに限られるものではなく、フェライト磁石、プラスチック磁石を用いてもよい。
【００１４】
次に本実施の形態１の永久磁石片１の製造方法について説明する。永久磁石片１は、リング状の異方性永久磁石（以下、リング状永久磁石とする。）を形成し、これを周方向に分割して形成する。従って、まずリング状永久磁石を製造するための製造装置について説明する。
【００１５】
図３は本実施の形態１における永久磁石片１を形成するためのリング状永久磁石１０の製造装置２の概念図である。
図３に示すように、この製造装置２は、金型２０と大電流コネクタ２１とパルス電源２２とを有している。金型２０は、強磁性部材または非磁性部材からなるダイ２３と、非磁性部材からなる下パンチ２４と、非磁性部材からなる上パンチ２５と、芯棒２６とにより形成されるリング状のキャビティ２７を備えている。芯棒２６は、金属またはセラミックなどの円筒からなる外殻２８と、その内部に軸方向に延在して配置される電気導体２９とにより構成されている。電気導体２９は芯棒２６の軸方向へ電流を流すためのもので、本実施の形態１では円柱状の銅部材２９ａから形成されている。そして、銅部材２９ａの両端はパルス電源２２に接続されている。なお、銅部材２９ａの一方の端部には取り外し可能な大電流コネクタ２１が取り付けられ、この大電流コネクタ２１を介して銅部材２９ａとパルス電源２２とが接続されている。
【００１６】
次に、上記製造装置２を使用して本実施の形態１における永久磁石片１を製造する方法について詳述する。
図４から図１０は本実施の形態１における永久磁石片１の製造方法を説明するための説明図である。まず、図４に示すように、ダイ２３、下パンチ２４、上パンチ２５、芯棒２６を所定位置にセットし、芯棒２６内の銅部材２９ａに大電流コネクタ２１を取り付けてパルス電源２２に接続する。
次に図５に示すように、金型２０に形成されるリング状のキャビティ２７内に磁性粉末３０を充填する。
次に図６に示すように、磁性粉末３０をリング状のキャビティ２７の円周方向に配向させるため、パルス電源２２のスイッチをＯＮにして芯棒２６に内蔵された銅部材２９ａに電流を流す。銅部材２９ａに電流を流すことにより芯棒２６の周りには磁界が発生し、キャビティ２７内の磁性粉末３０を円周方向に磁気配向させることができる。図６中の白抜きの矢印は電流の方向を示し、黒矢印は白抜き矢印の方向に電流を流した場合の磁界の向きを示している。なお、発生させる電流は、瞬間的に１回流してもよいし、複数回流してもよい。また電流の方向も図中の方向に限られるものではない。また、直流電流だけでなく、電流の方向が交互に反転する交流電流を使用してもよく、時間と共に電流の大きさが減衰する交流電流を使用してもよい。
次に図７に示すように、上パンチ２５を下降させて配向された磁性粉末３０を軸方向へ加圧し、リング状の圧粉体３１を形成する。
次に図８に示すように、芯棒２６内部の銅部材２９ａに接続されている大電流コネクタ２１を取り外し、その後下パンチ２４を上昇させる。
次に図９に示すように、さらに下パンチ２４を上昇させて圧粉体３１を金型２０から取り出す。その後熱処理することで圧粉体３１を焼結させリング状永久磁石１０を形成する。
次に図１０（Ａ）に示すように、焼結したリング状永久磁石１０の内外周および端面を機械加工により形状仕上げを行い、図１０（Ｂ）に示すように、リング状永久磁石１０をその中心軸から放射状に等分割し永久磁石片１を形成する。
【００１７】
上記のように、リング状永久磁石１０の分割片として形成された永久磁石片１は、軸方向で断面形状が一定であり、その断面形状は扇形の中心側をこの扇形と同心の円弧により切り落とした略扇形状である。また永久磁石片１の配向方向線は略扇形状の扇中心（リング状永久磁石１０の中心）と同心円弧状の曲線となる。
例えば、必要な永久磁石片１の略扇形状の開き角度（中心角）が２０度であった場合、１個のリング状永久磁石１０から１８個の永久磁石片１を切り出すことができる。
なお、１個のリング状永久磁石１０を等分割して同じ開き角度の永久磁石片１を切り出すだけでなく、１個のリング状永久磁石１０から異なる開き角度の永久磁石片を切りだしてもよく、これにより複数の形状の永久磁石片を一度に製造することができる。
【００１８】
ここで、一般に、永久磁石を焼結する際の収縮率は、永久磁石片の配向方向に平行な方向と配向方向に垂直な方向で異なり、配向方向に平行な方向はよく縮み、配向方向に垂直な方向はあまり縮まない。このような特性のため、同心円弧状の配向方向を有する永久磁石の焼結前の形状が例えば断面長方形の永久磁石であれば、焼結後に配向方向の曲率が大きいほどその幅寸法が大きくなるような断面略台形に歪んでしまう。このような断面略台形の永久磁石から本実施の形態１の永久磁石片１の形状のような永久磁石片を切り出すとすれば、機械加工時の削り代が非常に多くなる。
これに対し、上述の本実施の形態１の製造方法のように円周方向に磁気配向したリング状の永久磁石を形成すれば、焼結後もリング状を維持できるため、永久磁石の焼結時の形状歪の発生を抑制できる。そして、焼結後のリング状永久磁石１０を分割して永久磁石片１を形成すれば、削り代が小さく材料歩留まりが良い低コストな永久磁石片１を得ることができる。
【００１９】
なお、上記のリング状永久磁石１０の分割はリング状永久磁石１０の中心軸から放射状に分割していたが、分割方法は必ずしもこれに限られるものではない。例えば、リング状永久磁石１０の中心軸とは異なる位置を中心とする所望の形状の永久磁石片を必要に応じて切りだしてもよい。ただし、このような分割方法の場合、リング状永久磁石１０の全てを永久磁石片として利用することができず不要部分が発生するため、歩留まりを考慮すると、リング状永久磁石１０の中心軸から放射状に分割することが望ましい。
【００２０】
図１１は、上記製造装置２を使用して本実施の形態１における永久磁石片１を製造する方法の別例を示す説明図である。図１１に示すように、永久磁石片１の製造方法の別例として、軸方向に長い長軸リング状永久磁石１０ａを形成してもよい。これにより、長軸リング状永久磁石１０ａを軸方向で複数個のリング状永久磁石１０に分割することができ、一度の成形でより多くの永久磁石片１を製造することができる。
【００２１】
なお、本実施の形態１における永久磁石片１を製造するために使用される製造装置は、上記の製造装置２の構成に限られるものではなく、製造装置の構成は例えば以下のようなものであってもよい。
【００２２】
図１２は本実施の形態１における別例の製造装置であり、本実施の形態１における上記製造装置２とは芯棒を構成する電気導体の構成が異なっている。なお、上記製造装置２におけるものと同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。
図１２に示すように、本実施の形態１における別例の製造装置２ｂの芯棒２６ｂは、金属またはセラミックなどの円筒からなる外殻２８と、その内部に軸方向に延在して配置される電気導体２９とにより構成されている。本実施の形態１の別例の製造装置ではこの電気導体２９が複数の導線（互いに絶縁された銅線）を軸方向両端部分で束ねた縒り線２９ｂで形成されている。外殻２８と縒り線２９ｂとの間の空間および各導線間の隙間にはエポキシ樹脂などの樹脂３２が充填され、縒り線２９ｂが樹脂モールドされている。
磁界を発生させるための電流がパルス電流や交流電流である場合には、表皮効果により電気導体の表面にしか電流が流れない。従って、例えば上記実施の形態１の製造装置２に使用されている銅部材２９ａでは、見かけ上銅部材２９ａの断面積が小さくなる。
これに対し、電気導体２９を複数の導線を束ねた縒り線２９ｂとすることで、各導線の全ての表面において電流が流れるため、電流が流れる断面積が多くなる。従って電気抵抗を小さくすることができ、芯棒２６の発熱を抑えることができる。
【００２３】
図１３は本実施の形態１における他の別例の製造装置であり、本実施の形態１における上記製造装置２とは芯棒を構成する電気導体の構成が異なっている。なお、上記製造装置２におけるものと同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。
図１３に示すように、本実施の形態１における他の別例の製造装置２ｃの芯棒２６ｃは、金属またはセラミックなどの円筒からなる外殻２８と、その内部に軸方向に延在して配置される電気導体２９とにより構成されている。本実施の形態１の他の別例の製造装置ではこの電気導体２９が複数本の導線２９ｃで形成されている。各導線２９ｃはそれぞれ絶縁されており、軸方向端部で着脱可能な大電流コネクタ２１に一本一本接続されている。
このような構成により、芯棒２６ｃ内部の導線のターン数を稼ぐことができ、より強い磁界を発生させることができる。
【００２４】
なお、製造装置２、２ｂ、２ｃにおいて、下パンチ２４および上パンチ２５に強磁性部材を使用すると、キャビティ２７に充填される磁性粉末３０の配向を乱してしまう。従って、下パンチ２４および上パンチ２５には非磁性部材を使用しているが、さらに、セラミックなどの絶縁体を使用すると、パルス磁界により発生する渦電流の影響による磁界の乱れを低減することができる。
また、製造装置２、２ｂ、２ｃにおいて、ダイ２３には、セラミックなどの非磁性かつ絶縁部材を使用してもよく、また鉄、非晶質合金、粉体鉄心、積層鉄心などの強磁性部材を使用してもよい。これらを使用することにより、パルス磁界により発生する渦電流を小さくでき、キャビティ２７内の磁界の乱れを低減することができる。
【００２５】
また、上記各例の製造装置２、２ｂ、２ｃにおいて、リング状のキャビティ２７の断面形状は必ずしも円形のリング状のものに限られず、多角形のリング状であってもよい。例えば、外周側も内周側も多角形（例えば正１２角形）で形成されるようなリング状のキャビティを使用して略リング状永久磁石を形成し、それを分割することにより図１４（Ａ）に示すような台形様の略扇形状の永久磁石片１ａを形成してもよい。また、外周側の形状が円形で内周側の形状が多角形（例えば正１２角形）となるようなリング状のキャビティを使用して略リング状永久磁石を形成し、図１４（Ｂ）に示すような略扇形状の永久磁石片１ｂを形成してもよい。なお、図１４中矢印は配向方向線を示す。
【００２６】
図１４に示す永久磁石片１ａ、１ｂの他の形成の方法を図１５に示す。
上記実施の形態１の永久磁石辺１と同様、断面形状が外周側も内周側も円形のリング状のキャビティ２７を使用して、リング状永久磁石１０を配向、成形後（図１５（Ａ））、リング状永久磁石１０を中心軸から放射状に分割する（図１５（Ｂ））。さらにこの分割片を並べて固定し、リング状永久磁石１０の内周と外周にあたる面を平面研削することにより、図１４（Ａ）に示す断面が台形様の略扇形状の永久磁石片１ａが得られる（図１５（Ｃ））。
また、同様の方法でリング状永久磁石１０の内周にあたる面のみを平面研削することによって、図１４（Ｂ）に示す断面が略扇形状の永久磁石片１ｂが得られる。
【００２７】
さらに永久磁石片の形状は、上述の永久磁石片１、１ａ、１ｂのような形状に限られず、必要に応じてさまざまに加工してもよく、その加工例を図１６に示す。例えば図１６（Ａ）の永久磁石片１ｃのように周方向の２辺に凹み部を設けたり、図１６（Ｂ）の永久磁石片１ｄのように周方向の２辺が内側に反るような形状に加工したり、図１６（Ｃ）の永久磁石片１ｅのように周方向の２辺が平行になるように切りだしたりしてもよい。なお、永久磁石片の周方向の辺とは、分割前のリング状にした際に周方向に位置する辺のことで、図中矢印は配向方向線を示す。
【００２８】
以上のように、本実施の形態１における永久磁石片は、配向方向線が略リング形状の外周側に凸の同心円弧状の曲線としたため、特定方向へ磁束を発生させることができる。従って、特定方向に同じ磁力を発生させるために必要な永久磁石の体積を減らすことができる。
また、円周方向に磁気配向されたリング状永久磁石を周方向に分割して形成されているため、配向方向線が略リング形状の外周側に凸の同心円弧状の曲線である永久磁石片を一つ一つ製造する必要がなく、一度に多数の永久磁石片を効率的に製造することができる。
また、円弧状の配向方向を有する永久磁石をリング状にして形成することにより、永久磁石の焼結時の形状歪の発生を防止でき、これを分割して永久磁石片を形成することにより、機械加工時の削り代が少なく材料歩留まりの良い低コストな永久磁石片を得ることができる。
【００２９】
なお、円弧状の配向方向を有する永久磁石片を製造する方法の別例として以下のようなものも考えられる。
上記実施の形態１で示した永久磁石片の製造方法は、円周方向に磁気配向されたリング状永久磁石を形成してそれを分割するものであるが、別例の方法は、円周方向に磁気配向されたリング状永久磁石ではなく、図１７に示すような極異方性リング磁石１００を形成し、これを極数に合わせて分割するものである。なお、極異方性リング磁石１００では、各磁極の内周側と、隣接する磁極間の外周側（図１７中点線で囲んだ領域）の配向が弱い。従って極異方性リング磁石１００を分割して得られた永久磁石片は、上記実施の形態１で示した方法で製造された永久磁石片に比べ配向領域が少なくなる。また、別例の方法では、磁極の境界位置とずれた位置で分割してしまうと、永久磁石片内部に異なる配向方向が混在してしまうため、正確な位置での分割が必要である。なお、図１７中矢印は極異方性リング磁石１００内部の配向方向線を示す。
【００３０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、本発明の永久磁石片の形状や、その製造方法について説明したが、本実施の形態２では、上記の永久磁石片を利用した永久磁石型回転子について説明する。
図１８はこの発明の実施の形態２における永久磁石型回転子の平面図（以下、回転子とする）である。
図１８に示すように、本実施の形態２の回転子４は極数が６極の回転子であり、回転軸４０と鉄心片４１と永久磁石片４２とから構成されている。複数個の鉄心片４１は各々電磁鋼板を軸方向に積層してカシメなどで鋼板同士を連結して形成されている。鉄心片４１の断面形状は扇形の中心側が切り落とされた略扇形状であり、６個の鉄心片４１の略扇形状の外周側円弧が回転子４の外周方向に向くように回転軸４０の外周側に周方向等間隔に配置されている。
【００３１】
６個の永久磁石片４２は、鉄心片４１間に鉄心片４１と円周方向交互になるように配置され、また周方向に隣り合って配置される永久磁石片４２の対向する面の極性が同極となるように配置される。すなわち、各鉄心片４１の両隣の永久磁石片４２の極性が同極となっている。このため、永久磁石片４２のＮ極に挟まれる鉄心片４１の外周面はＮ極に磁化され、永久磁石片４２のＳ極に挟まれる鉄心片４１の外周面はＳ極に磁化され、鉄心片４１は円周方向に交互にＮ極、Ｓ極に磁化される。永久磁石片４２は上記実施の形態１の図１で記載した永久磁石片１と同様のものを使用している。すなわち、上記実施の形態１に記載の通り、永久磁石片４２の断面形状は、配向方向線の曲率が大きいほど幅寸法が小さく、配向方向線の曲率が小さいほど幅寸法が大きい略扇形状であり、扇形の中心側をこの扇形と同心の円弧により切り落とした形状である。そして回転子４の略扇形状の外周側円弧が回転軸４０の方向に向くように配置される。従って永久磁石片４２の配向方向線は回転子４の回転軸４０方向に凸状の円弧状となる。なお、図１８中永久磁石片４２内部の矢印は配向方向線を示し、鉄心片４１内を通る矢印は永久磁石片４２から発生する磁束の様子を示す。
【００３２】
回転軸４０と鉄心片４１および永久磁石片４２との間の隙間にはＰＰＣ（ポリフェニレンサルファイド）、ナイロン、エポキシなどの樹脂４３が充填され、回転軸４０と複数個の鉄心片４１と複数個の永久磁石片４２とが一体に固定されている。鉄心片４１の回転軸４０に対向する面には突起４１０が設けられ、これにより回転子４の固定強度を高めている。なお、鉄心片４１の回転軸４０に対向する面には突起４１０でなく、例えば凹形状の切り欠きを設けてもよく、同様に回転子４の固定強度を高めることができる。
【００３３】
なお、本実施の形態２では、鉄心片４１は電磁鋼板を積層して形成されるものに限られず、例えば塊状の強磁性部材を機械加工したものを用いてもよく、また、粉体鉄心を用いてもよい。
また、回転子４の極数は６極に限られるものではなく、４、６、８、１０、１２極等の回転子にも適用することができ、極数が少ないほど永久磁石片に形成される配向方向線の方向による効果を発揮することができる。
【００３４】
図１９は本実施の形態２における別例の回転子４ａの一部拡大図である。図１９に示すように、回転子４ａの最外周面を形成する鉄心片４１ａの円弧は、必ずしも回転子４ａの最外周面の仮想的な円（図中点線で示す）と重なる必要はない。例えば回転子４ａの最外周面の仮想的な円より小さい径の円弧であってもよく、必要に応じて形状を変更することができる。
【００３５】
図２０は本実施の形態２による回転子４の製造方法を説明するための説明図である。図２０を参照して回転子４の製造方法を説明する。
まず図２０（Ａ）に示すように、例えば射出成形用の金型（図示せず）などの中に、回転軸４０の外周側に略扇形状の鉄心片４１と略扇形状の永久磁石片４２とが円周方向交互になるように隙間を空けて配置する。
次に図２０（Ｂ）に示すように、回転子４の外周側から回転子４の中心方向へ鉄心片４１を押すことによって鉄心片４１と永久磁石片４２とを当接させる。この時、複数の鉄心片４１により形成される回転子４の最外周面の仮想的な円の中心と回転軸４０の回転中心とが同一となることが望ましい。
次に図２０（Ｃ）に示すように、回転軸４０と鉄心片４１および永久磁石片４２とにより形成される空間に、軸方向からＰＰＳなどの樹脂４３を射出成形し、回転軸４０と鉄心片４１と永久磁石片４２とが一体となるように固定する。
このように製造された回転子４の外周側から円周方向に交互にＮ極とＳ極を形成するための磁界を印加して永久磁石片４２を着磁し（図示せず）、本実施の形態２の回転子４が完成する。永久磁石片４２の着磁により、鉄心片４１は永久磁石片４２に吸引され、回転子４の固定強度が高まる。さらに、永久磁石片４２の略扇形状の外周側円弧が回転子４の回転軸４０方向に向くように配置されることにより永久磁石片４２が径方向でテーパ状となるため、鉄心片４１が抜け止めとなって、鉄心片４１と永久磁石片４２との隣接面間を接着しなくても、永久磁石片１が外周方向に抜けることを防止できる。
なお、永久磁石片４２とその両隣の鉄心片４１の隣接面間にわずかな空隙をもうけ、この空隙を樹脂で満たすことにより、より強固に永久磁石片４２と鉄心片４１とを固定することができる。
固定方法は樹脂４３によるものに限られず、例えば軸方向の両端部に環状の固定板等を設け、リベットなどにより鉄心片４１を挟み込んで固定することとしてもよい。
【００３６】
回転子の構成は、本実施の形態２の回転子４の構成に限られず、例えば鉄心片が軸方向の一部で円周方向につながっていてもよい。このような回転子を本実施の形態２の他の別例として図２１に示す。
図２１は本実施の形態２の他の別例による回転子を示す斜視図であり、図２１（Ａ）は他の別例の回転子４ｂを示す斜視図、図２１（Ｂ）は回転子４ｂを構成する鉄心板４１ｂの斜視図、図２１（Ｃ）は回転子４ｂを構成する鉄心板４１ｃの斜視図である。なお、この別例の回転子４ｂの鉄心片以外の構成は上述した本実施の形態２の回転子４の構成と同じであり、同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。
図２１に示すように、回転子４ｂの鉄心片４１ｄは電磁鋼板からなる略扇形状の鉄心板４１ｂと、環状の鉄心板４１ｃとを積層してカシメやリベットなどで鋼板同士を連結して形成される。環状の鉄心板４１ｃには永久磁石片４２を挿入するための溝４１ｅが設けられており、永久磁石片４２は、鉄心片４１ｄの軸方向から挿入することができる。
このように、軸方向の一部に環状の鉄心板４１ｃを挟むことで、鉄心片４１ｄは軸方向の一部において環状に結合されることとなり、鉄心片４１ｄを一体で取り扱うことができる。従って、鉄心片が個々ばらばらの場合に比べ、各鉄心片を別々にハンドリングしたり整列させたりする必要がなく生産性が向上する。
【００３７】
図２２（Ａ）は、本実施の形態２の回転子４において、永久磁石片４２から発生する磁束の様子を示す概念図である。また比較のため、配向方向が一軸方向である板状の永久磁石片４２ｃを用いた回転子４ｃ（以下比較例１の回転子とする）における磁束の様子の概念図を図２２（Ｂ）に示す。図２２中各永久磁石片４２、４２ｃ内の矢印は永久磁石片４２、４２ｃの配向方向線を示し、各鉄心４１、４１ｃ内を通る矢印は磁束を示し、図２２（Ｂ）中の点線矢印は漏れ磁束を示す。
図に示すように、本実施の形態２では永久磁石片４２の配向方向線が回転子４の回転軸（回転中心）方向に凸形状の円弧状であるため、発生する磁束の多くは回転子４の外周方向へ向かって流れている。これに対し比較例１の回転子４ｃでは、永久磁石片４２ｃの配向方向線が一軸方向であるため、発生する磁束は回転子４ｃ外周方向へ流れるとともに、回転軸（回転中心）方向へも流れて漏れ磁束となっている。このように、永久磁石片の配向方向線を回転子の回転軸方向に凸形状の円弧状とすることにより、回転軸方向への漏れ磁束を低減させ、外周表面の磁束密度を増加させることができる。
なお、本実施の形態２の永久磁石片４２のように、配向方向線が永久磁石片４２の周方向に対向する２辺に対して直交するようにすれば、永久磁石片４２から発生する磁束が鉄心片４１との接辺に対して直交するように流れるため、より強い磁力を回転子４外周表面へ発生させることができる。
【００３８】
また、比較例１は板状の永久磁石片４２ｃを使用しているため、鉄心片４１ｃに永久磁石片４２ｃ抜け止め用の突起４１０ｃを設ける必要がある。突起４１０ｃが存在する場合、永久磁石片４２ｃから鉄心片４１ｃを通って回転子４ｃの外周側に流れる磁束の一部が、円周方向隣の突起４１０ｃに漏れてしまい、回転子４ｃの外周表面に発生する磁束密度が減少してしまう。従って、永久磁石片の断面形状を本実施の形態２で使用する永久磁石片４２のように略扇形状とすることにより、永久磁石片４２が径方向でテーパ状となって抜け止めとしての効果を有すると共に、回転子外周側の漏れ磁束を低減させることができ外周表面の磁束密度を増加させる効果も得られる。
なお、本実施の形態２の略扇形状の永久磁石片４２を使用する場合にも、永久磁石片４２の位置決め用に鉄心片４１に比較例１の突起４１０ｃのような突起を設けてもよく、永久磁石片４２の配向方向線が円弧状であることにより、外周表面の磁束密度を増加させる効果を得ることができる。
【００３９】
図２３は、本実施の形態２の回転子４の外周表面に発生する磁束密度のピーク値を測定した結果である。比較のため、配向方向が一軸方向である板状の永久磁石片４２ｃを用いた比較例１の回転子４ｃと、配向方向が一軸方向であり断面形状が略扇形状の永久磁石片４２ｄを用いた回転子４ｄ（以下比較例２の回転子とする）についての外周表面に発生する磁束密度のピーク値も測定した。この結果も合わせて図２３に示す。図２４は本実施の形態２、比較例１、比較例２の各回転子に使用される永久磁石片４２、４２ｃ、４２ｄの断面形状を示す概念図である。本実施の形態２と比較例２の永久磁石片４２、４２ｄについては断面略扇形状の開き角度２θが２０度、３０度、４０度の３種類を用意する。各開き角度について、本実施の形態２、比較例１、比較例２の永久磁石片４２、４２ｃ、４２ｄの体積が同じとなるようにし、開き角度別に磁束密度のピーク値を測定している。
【００４０】
図２３の棒グラフは、比較例１の回転子の外周表面に発生する磁束密度のピーク値を１とした時の比較例２と本実施の形態２との回転子の外周表面に発生する磁束密度のピーク値の比率を開き角度ごとに表している。図に示すように、配向方向線が一軸方向の板状の永久磁石４２ｃ（比較例１）を配向方向線が一軸方向の略扇形状の永久磁石４２ｄ（比較例２）とすることで、回転子の外周表面に発生する磁束密度のピーク値が、開き角度２０度では０．７％、３０度では１．４％、４０度では２．４％上昇する。さらに略扇形状で配向方向線が円弧状の永久磁石片４２（本実施の形態２）とすることで、回転子の外周表面に発生する磁束密度のピーク値が、比較例１に比べて、開き角度２０度では１．２％、３０度では２．８％、４０度では４．５％上昇する。
このように、永久磁石片の形状を板状から断面略扇形状とすること、また配向方向線を一軸方向から円弧状とすることで、回転子の外周表面に発生する磁力を増大させることができる。
【００４１】
次に、本実施の形態２と比較例１の回転子について、磁界解析により永久磁石片周辺に発生する磁束分布を調べ比較した。
図２５（Ａ）は、本実施の形態２の永久磁石片４２の回転軸４０方向の漏れ磁束を現した磁界解析結果であり、図中右側に示す回転子４の点線内の領域の解析結果を図中左側に拡大して示している。図２５（Ｂ）は、比較例１の永久磁石片４２ｃの回転軸４０ｃ方向の漏れ磁束を現した磁界解析結果であり、図中右側に示す回転子４ｃの点線内の領域の解析結果を図中左側に拡大して示している。解析結果中の矢印は漏れ磁束を示し、図からわかるように、本実施の形態２の永久磁石片４２の回転軸４０方向の漏れ磁束が比較例１に比べて大幅に減少している。
【００４２】
以上のように、本実施の形態２における回転子では、配向方向線が凸の円弧状の曲線である永久磁石片を、配向方向線が回転子の回転軸方向に凸形状となるように配置しているため、回転子の回転軸方向へ流れる磁束を低減するとともに回転子の外周方向へ流れる磁束を増大させ、回転子の外周表面で発生する磁力を増加させることができる。従って、回転機のトルク向上や高効率を実現でき、エネルギー消費量の削減をすることができる。また、同じ磁力を発生するのに必要な永久磁石片の体積を減らすことができるため、回転機を小型化することができる。
なお、永久磁石片の形状は実施の形態２で使用した形状に限られるものではなく、永久磁石片の配向方向線が回転子の回転軸方向に凸の円弧状の曲線であれば、回転子の外周表面で発生する磁力を増加させることができる。
【００４３】
また、永久磁石片の断面形状を、配向方向線の曲率が大きいほど幅寸法が小さく、配向方向線の曲率が小さいほど幅寸法が大きい略扇形状とすれば、特定方向への磁束の発生をより増大させることができ、回転子の外周表面で発生する磁力をさらに増加させることができる。従って、特定方向に同じ磁力を発生させるために必要な永久磁石の体積をさらに減らすことができる。さらに、永久磁石片が径方向でテーパ状となるため永久磁石片を鉄心片に接着剤等で固定しなくても永久磁石片が回転子の外周方向へ抜け出ることを防止することができる。従って、回転機の高効率を実現できるとともに、製造工程においても容易化をはかることができる。
【００４４】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、本発明の永久磁石片を利用した回転子について説明したが、永久磁石片の利用はこれに限られるものではない。本実施の形態３では本発明の永久磁石片を利用した磁界発生装置５について説明する。図２６はこの発明の実施の形態３における磁界発生装置５の概念図である。
【００４５】
磁界発生装置５はキャビティ５０内に成形材料を射出成形してリング型の異方性多極プラスチック磁石を製造するための装置であり、図２６のように構成されている。リング型プラスチック磁石となる成形材料を注入するためのキャビティ５０はステンレス鋼などから成るリング状非磁性部材５１とその中心部に配置され鉄などから成る軸部材５２とにより構成されている。リング状非磁性部材５１の外周側には８本の磁芯５３が円周方向に一定の間隔をおいて放射線状に配置されている。各磁芯５３の間には永久磁石片５４が配置され、また周方向に隣り合って配置される永久磁石片５４の対向する面の極性が同極となるように配置される。すなわち、各磁芯５３の両隣の永久磁石片５４の極性が同極となっている。このため、永久磁石片５４のＮ極同士に挟まれる磁芯５３はＮ極に磁化され、永久磁石片５４のＳ極同士に挟まれる磁芯５３はＳ極に磁化され、磁芯５３は円周方向に交互にＮ極、Ｓ極に磁化される。
【００４６】
永久磁石片５４は上記実施の形態１の図１４（Ａ）で記載した永久磁石片１ａと同様のものを使用している。すなわち、永久磁石片５４の形状は、配向方向線の曲率が大きいほど幅寸法が小さく、配向方向線の曲率が小さいほど幅寸法が大きい略台形状である。そして、永久磁石片５４は磁界発生装置５の外周方向に略台形の底辺が向くように配置され、配向方向線は磁界発生装置５の外周側に凸状の円弧状となる。なお、図２６中永久磁石片５４内部の矢印は配向方向線を示す。
【００４７】
このように構成された磁界発生装置５では、永久磁石片５４から磁束が発生し磁界が図２３中点線矢印で示す磁力線のように分布する。この磁界によりキャビティ５０内に充填された成形材料が配向され、Ｎ極に磁化された磁芯５３の先端と対向する部位はＳ極に、Ｓ極に磁化された磁芯５３の先端と対向する部位はＮ極にそれぞれ磁化され、点線矢印の磁力線の方向に成形材料の磁化容易軸が揃えられる。このように、磁芯５３と同数の極数を有するリング型の異方性多極プラスチック磁石が形成される。
【００４８】
以上のように、本実施の形態３による磁界発生装置では、配向方向線が円弧状の曲線である永久磁石片を、配向方向線が磁界発生装置の外周側に凸形状となるように配置しているため、磁界発生装置の外周方向へ流れる磁束を低減するとともに磁界発生装置の回転軸５２方向へ流れる磁束を増大させる。従ってキャビティ内に発生する磁力を増大させ、キャビティ内に充填される成形材料を強く配向させることができる。
なお、永久磁石片の形状は上記実施の形態３で使用した形状に限られるものではなく、永久磁石片の配向方向線が磁界発生装置の外周側に凸の円弧状の曲線であれば、磁界発生装置のキャビティ内に発生する磁力を増大させることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ  永久磁石片、１０  リング状永久磁石、
２７  キャビティ、２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ  電気導体、３０  磁性粉末、
４２  永久磁石片、５４  永久磁石片。
【図１】
2010183685.tif 000003
【図２】
2010183685.tif 000004
【図３】
2010183685.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010183685.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2010183685.tif 000016
【図１５】
2010183685.tif 000017
【図１６】
2010183685.tif 000018
【図１７】
2010183685.tif 000019
【図１８】
2010183685.tif 000020
【図１９】
2010183685.tif 000021
【図２０】
2010183685.tif 000022
【図２１】
2010183685.tif 000023
【図２２】
2010183685.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2010183685.tif 000026
【図２５】
2010183685.tif 000027
【図２６】
2010183685.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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