(57)【要約】  径方向空隙型磁石モータでは、エネルギー密度増すと異なる磁極間の機械角に対する静磁界の方向変化Ｍθ／φｐが指数関数的に増加し、モータのコギングトルク低減とトルク密度を高めることは相反する。これを解決するため、固定子鉄心ティースの機械角φｔ、磁極の機械角φｐ、径方向磁極中心の円周上の接線に対する静磁界の角度をＭθとしたとき、φｔ＜φｐ、磁極中心の領域でＭθ＝７５〜９０度、磁極端φｐ×０．１度の領域でＭθ／φｐ≦７、且つ静磁界の発生源をエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３の磁気異方性磁極とする。
2008065898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極の機械角φｐ、径方向磁極中心の円周上の接線に対する磁化ベクトルＭの角度をＭθとしたとき、周方向磁極中心領域でＭθ＝７５〜９０度、磁極端φｐ×０．１度の領域でＭθ／φｐ≦７の磁気異方性磁極である、径方向空隙型磁石モータ。
【請求項２】
均質な外部磁界Ｈｅｘ方向に対する任意のφｐに対応する内外周切片との角Ｈθをもつ異形磁極を変形した円弧状磁極において、任意のφｐに対応する磁化ベクトル角ＭθがＨθと等しい、請求項１記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項３】
周方向磁極中心領域でＭθを９０度とし、その平均誤差を５度以下とした、請求項１記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項４】
周方向磁極端φｐ×０．１度の領域において、φｐとＭθとが相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ精度をもつ、請求項１記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項５】
変形が熱と外力によって生じる溶融した線状高分子のせん断流動、伸張流動、およびそれらが重複した粘性変形である、請求項２記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項６】
変形過程の異方性分散σの変化が０．５以下である、請求項２記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項７】
磁気異方性磁極が、残留磁化Ｍｒ≧０．９５Ｔ、固有保磁力ＨｃＪ≧０．９ＭＡ／ｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが１５０ｋＪ／ｍ３以上の磁気性能を有する、請求項１に記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項８】
磁気異方性磁極が１５０μｍ以下のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子を平均粒子径３〜５μｍのＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系希土類磁石微粉末と結合剤とのマトリクス（連続相）で隔離したマクロ構造である、請求項１記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項９】
前記磁気異方性磁極に占めるエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが２７０ｋＪ／ｍ３以上の磁石材料の体積分率を８０ｖｏｌ．％以上とし、着磁界Ｈｍを２．４ＭＡ／ｍ以上とする、請求項１または６のいずれか１項に記載の径方向空隙型磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁極端に非ラジアル磁気異方性領域を有する磁気異方性の磁極で構成した低コギングトルク、並びに高トルク密度を特徴とする径方向空隙型磁石モータに関する。更に詳しくは家電機器、空調機器、並びに情報機器などの各種駆動源として幅広く使用されている、概ね５０Ｗ以下の径方向空隙型磁石モータの省電力化、省資源化、小型化、並びに静音化に関わる。
【背景技術】
【０００２】
モータは回転子、軸、軸受、固定子などを鉄鋼、非鉄金属、高分子などの各種材料を高精度で加工し、それらを組み合わせることで電気エネルギーを機械エネルギーに変換する複合機能部品とみなせる。近年のモータは他の磁性材料を吸引したり反発したりする能力、並びに外部エネルギーなしに永久的に静磁界を発生する能力をもつ磁石を利用した、所謂永久磁石型モータが主流となっている。物理的に見て磁石が他の磁性材料と異なる点は外部磁界を消した後も有効な磁化が残り、熱や比較的大きな逆磁界などを加えたとき、初めて磁化反転（減磁）が起こり、それに伴って磁化の低下が起こるという点である。このような磁石の重要な特性値にエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘがある。これは磁石の潜在的エネルギーを単位体積で表している。【０００３】
ところで、磁石の強く吸引したり反発したりする能力は、モータの種類によっては必ずしも高性能化にはならない。しかし、非特許文献１は磁石の基本特性の一つである残留磁束密度Ｂｒとモータ性能の指標としてのモータ定数ＫＪ（ＫＪは出力トルクＫＴと抵抗損の平方根√Ｒの比）との関係から、モータ径、ロータ径、空隙、軟磁性材、磁石寸法などを固定したとき、磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加は、本発明が対象とする径方向空隙型磁石モータにおいて、より高いトルク密度が得られるとしている。【０００４】
しかしながら、磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加は本発明が対象とする径方向空隙型磁石モータにおいて、より高いトルク密度が得られる反面、当該モータの固定子鉄心には巻線を収納するスロットと磁気回路の一部を形成するティースが存在するため、回転に伴ってパーミアンスが変化する。このために磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加はトルク脈動、すなわち、コギングトルクを増大させる。コギングトルクの増加はモータの滑らかな回転を妨げ、モータの振動や騒音を大きくし、回転制御性が悪化するなどの弊害を伴う。【０００５】
上記のような弊害を避けるため、径方向空隙型磁石モータのコギングトルク低減に関して従来から多くの研究がなされてきた。【０００６】
先ず、磁化方向に或る一定の厚さをもつ磁極に関しては、磁石の偏肉化を挙げることができる。例えば、非特許文献２には、図９Ａのような、偏肉化した磁極１、固定子鉄心２、固定子鉄心スロット３、固定子鉄心ティース４を有する径方向空隙型磁石モータについて、残留磁化Ｂｒが１．２Ｔ、磁極中心の最大厚さ３ｍｍ、磁極両端の最小厚さ１．５ｍｍの偏肉化した磁極で１２極１８スロットとすると、コギングトルクを極小化できると記載している。なお、この場合は磁極の外径側からの偏肉であるが、その逆の磁極内径側から偏肉した磁極であってもコギングトルクを低減できることは周知である。【０００７】
なお、非特許文献２では、図９Ａのように磁極の偏肉化でコギングトルクを極小化するには、磁極中心の最大厚さに対し、磁極両端の最小厚さが１／２程度となるような偏肉化が必要であるとしている。したがって、磁極の厚さ、すなわち磁化の方向（厚み）が薄くなると、磁極を偏肉化してコギングトルクを極小化しようとしても十分な効果が得られなくなる。加えて一般に、機械的には脆弱な磁極であるから加工も難しくなる。【０００８】
一方、磁化方向の厚さが薄い磁極に関しては、非特許文献３の、図９Ｂのような磁極をスキューする方法、或いは、非特許文献４の、図９Ｃのような磁極間の磁極面積を連続的に削除する方法が知られている。【０００９】
以上の従来技術をまとめると、何れも厚い磁極の磁極端を１／２程度まで薄くして固定子鉄心との空隙を広げるか、或いは薄い磁極の磁極間の面積を削減する。したがって、磁極から発生する静磁界Ｍｓが磁束Φとして固定子鉄心へ流れ込む量が抑制される。その結果、それらの方法ではコギングトルクの低減によって一般に１０〜１５％のトルク密度の低下を招く。したがって、図９Ａ、９Ｂ、及び図９Ｃに示した従来技術によるコギングトルク低減法は、磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加で径方向空隙型磁石モータのトルク密度の増加を図ることとは相反する関係にあった。【００１０】
他方では、非特許文献５のように、磁化方向の厚さが１．２ｍｍと薄く、しかも残留磁化Ｍｒが１Ｔと高いエネルギー密度のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類焼結磁石を用いて、図９Ａ、９Ｂ、及び図９Ｃに示したような磁化方向の厚さ、或いは磁極の面積を削減しない方法で、径方向空隙型磁石モータのコギングトルク低減法を報告した。すなわち、図１０Ａ〜１０Ｄのように各磁極を２〜５分割した断片で構成し、断片毎に磁化方向（異方性の方向）を段階的に調整した、所謂Ｈａｌｂａｃｈ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒである。ただし、図中、磁極１の添え字（２）〜（５）は、磁極１を２〜５分割した断片の数を示している。また、各断片の矢印の方向は配向した磁化容易軸（Ｃ軸）に沿った磁化ベクトルＭの方向、すなわち異方性の方向を表している。【００１１】
上記構成の磁極を用いて１２極１８スロットの径方向空隙型磁石モータとしたとき、当該磁極を分割した磁極断片の数に対するコギングトルクをプロットすると図１１のようになる。すなわち、磁極を分割した磁極断片の数ＮとコギングトルクＴｃｏｇとは、Ｔｃｏｇ＝６１．７５３ｅｘｐ（−０．１４５１Ｎ）なる累乗近似が成り立つ。加えて、図１１は任意の機械角φにおける磁化ベクトルＭと、磁極の周方向接線に対する角度をＭθとしたとき、Ｍθ／φｐが、とくに異極間で特定の方向へきめ細かく連続的に変化することが理想であることを示唆している。しかし、厚さ１．２ｍｍ、残留磁化Ｍｒが１Ｔと高いエネルギー密度のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類焼結磁石で、異方性の方向を異にする磁極断片を多数用意し、当該磁極断片をきめ細かく規則的に配置し、しかも高い寸法精度で磁極を構成すること自体が困難である。このため、当該磁極を整数倍準備した多極ロータ、あるいは、それを用いた径方向空隙型磁石モータを製造することは極めて困難である。加えて、経済との整合性に乏しいことも容易に推測できる。【００１２】
本発明の課題は、例えば厚さ１．５ｍｍのように薄く偏肉化が困難な形状で、且つエネルギー密度の高い磁気異方性磁極において、磁極の体積、或いは面積を削減しない径方向空隙型磁石モータの、新規なコギングトルク低減法を提供することにある。【００１３】
更に詳しくは、非特許文献５の磁極を分割した断片数ＮとコギングトルクＴｃｏｇに、Ｔｃｏｇ＝６１．７５３ｅｘｐ（−０．１４５１Ｎ）なる累乗近似が成り立つことに着目した。とくに、磁極の機械角をφｐとしたとき、Ｎ、Ｓ極が切換わる異極間においてφｐ×０．１度の領域で磁化ベクトルＭの磁極の周方向接線に対する角度をＭθとしたとき、磁極の機械角φｐに対する磁化ベクトル角Ｍθの連続変化Ｍθ／φｐを特定することで、エネルギー密度の高い磁気異方性磁極によるコギングトルクの抑制とトルク密度の増加という、相反する作用の両立させることを目的とする。これにより、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３の磁気異方性磁極を採用し、コギングトルクの抑制とエネルギー密度の増加という、相反する作用を両立した径方向空隙型磁石モータが提供される。【００１４】
本発明は径方向空隙型磁石モータの固定子鉄心ティースの機械角φｔ、磁極の機械角φｐ、磁極の周方向接線に対する磁化ベクトル角をＭθとしたとき、φｔに対向する磁極中心領域の機械角φｐ＝φｔ領域のＭθを７５〜９０度、より好ましくは９０度で、その平均誤差を５度以内とし、且つ、周方向磁極端、すなわち異極間でのφｐ×０．１度の領域でＭθ／φｐ≦７の磁気異方性磁極とする。加えて、前記Ｍθとφｐとが相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ精度とする。【００１５】
上記の磁気異方性磁極は均質な外部磁界Ｈｅｘの方向と磁極内外面との機械角φｐの接線に対する角度をＨθとしたとき、先ず、角度変化Ｈθ／φｐを与える内外周切片をもつ異形磁極をＨｅｘによる配向磁界を印加して準備する。つぎに、前記異形磁極に熱と外力を加えて所定の円弧状磁極とする。さらに、得られた円弧状磁極に再び配向した方向と同一方向の均質な外部磁界Ｈｅｘを与えて磁化する。円弧状磁極にＨｅｘを与えたとき、磁極の各部は磁化容易軸（Ｃ軸）の方向に磁化される。したがって、円弧状磁極の周方向接線に対する磁化ベクトル角Ｍθは、Ｈθとある程度の誤差をもって一致する。【００１６】
ＭθとＨθとの誤差を極小とするには、異形磁極を構成する任意のＨθ／φｐをもつ剛体が回転移動し、異方性の程度を崩さずに磁化容易軸（Ｃ軸）の方向のみが変化するとし、それらの剛体の集合体を非線形構造解析することで異形磁極の形状を求めることが望ましい。また、任意のＨθ／φｐをもつ剛体の集合体が異方性の程度を崩さずに磁化容易軸（Ｃ軸）の方向のみが変化する回転移動は、熱と外力によって生じる溶融線状高分子のせん断流動、伸張流動、およびそれらが重複した粘性変形など、そのレオロジーを利用する。また、磁極の磁気性能としては残留磁化Ｍｒ≧０．９５Ｔ、固有保磁力ＨｃＪ≧０．９ＭＡ／ｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３を有するものが好ましい。【００１７】
上記、塑性加工性とエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３の磁気性能を確保する好適な磁気異方性磁極の構成として、例えば１５０μｍ以下のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子を平均粒子径３〜５μｍのＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系希土類磁石微粉末と結合剤とのマトリクス（連続相）で隔離したマクロ構造とし、好ましくは、当該磁極に占めるエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧２７０ｋＪ／ｍ３の磁石材料の体積分率を８０ｖｏｌ．％以上とする。【００１８】
磁気的に等方性の磁石は着磁界の方向と、その磁界強度分布にしたがって如何なる方向にも自在に磁化することができる。このため、着磁ヨークの形状と起磁力の最適化によって、図１２の磁極１の円弧状矢印で示すような磁化パターンを与えることができる。これにより、磁極と固定子鉄心との空隙磁束密度分布を容易に正弦波状に調整できる。したがって、径方向空隙型磁石モータのコギングトルク低減は薄い磁極を磁気的に異方性の磁石材料で形成する場合と比べると極めて容易である。【００１９】
上記のような、等方性希土類磁石材料の研究は、先ずＲ．Ｗ．Ｌｅｅらが（ＢＨ）ｍａｘ１１１ｋＪ／ｍ３の急冷凝固リボンを樹脂で固定すると、（ＢＨ）ｍａｘ７２ｋＪ／ｍ３の等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石ができるとした（Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ，Ｅ．Ｇ．Ｂｒｅｗｅｒ，Ｎ．Ａ．Ｓｃｈａｆｆｅｌ，“Ｈｏｔ−ｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−Ｉｒｏｎ−Ｂｏｒｏｎ  ｍａｇｎｅｔｓ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．２１，１９５８（１９８５）を参照）ことが始まりと思われる。その後、１９８０年代後半以降から現在に至るまで、希土類−鉄系溶湯合金の急冷凝固を主とした等方性希土類磁石材料の研究が活発に行われている。例えば、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系、或いはそれらとαＦｅ、ＦｅＢ、Ｆｅ３Ｂ系との微細組織に基づく、交換結合を利用したナノコンポジット磁石材料を含め、多彩な合金組織をミクロ制御した等方性磁石材料に加え、粉末形状の異なる等方性磁石材料も工業的に利用可能になっている。例えば、非特許文献６〜１０を参照のこと。特に、非特許文献１０では、Ｈ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓらが、等方性でありながら（ＢＨ）ｍａｘが２２０ｋＪ／ｍ３に達するという報告をしている。【００２０】
しかし、工業的に利用可能な等方性磁石材料の（ＢＨ）ｍａｘは高々１３４ｋＪ／ｍ３で、概ね５０Ｗ以下の小型の径方向空隙型磁石モータなどに代表される磁石モータへの応用で一般的な、等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂボンド磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘは概ね８０ｋＪ／ｍ３以下である。すなわち、１９８５年のＲ．Ｗ．Ｌｅｅらの（ＢＨ）ｍａｘ１１１ｋＪ／ｍ３のリボンで（ＢＨ）ｍａｘ７２ｋＪ／ｍ３の等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石を作製して以来、２０年以上経過しても、（ＢＨ）ｍａｘの進歩でみると１０ｋＪ／ｍ３にも満たない。【００２１】
したがって、等方性磁石材料の進歩を待ってエネルギー密度を増加し、本発明が対象とする径方向空隙型磁石モータの高トルク密度化は期待できない。【００２２】
一方、等方性から異方性磁石への転換は一般にエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加を伴うものであるから、本発明が対象とする径方向空隙型磁石モータにおいて、より高いトルク密度が得られる反面コギングトルクが増大することになる。
【非特許文献１】Ｊ．Ｓｃｈｕｌｚｅ著「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ  ｆｏｒ  ｓｍａｌｌ  ｍｏｔｏｒｓ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ１８ｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００４年、ｐｐ．９０８−９１５
【非特許文献２】Ｙ．Ｐａｎｇ、Ｚ．Ｑ．Ｚｈｕ、Ｓ．Ｒｕａｎｇｓｉｎｃｈａｉｗａｎｉｃｈ、Ｄ．Ｈｏｗｅ著、「“Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ｍｏｔｏｒｓ  ｈａｖｉｎｇ  ｈａｌｂａｃｈ  ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｓｈａｐｅｄ  ｐａｒａｌｌｅｌ  ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ  ｍａｇｎｅｔｓ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ１８ｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００４年、ｐｐ．４００−４０７
【非特許文献３】Ｗ．Ｒｏｄｅｗａｌｄ、Ｗ．Ｒｏｄｅｗａｌｄ、Ｍ．Ｋａｔｔｅｒ著、「Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ１８ｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００４年、ｐｐ．５２−６３
【非特許文献４】松岡篤，山崎東吾，川口仁著、「送風機用ブラシレスＤＣモータの高性能化検討」、電気学会回転機研究会、ＲＭ−０１−１６１、２００１年
【非特許文献５】Ｄ．Ｈｏｗｅ、Ｚ．Ｑ．Ｚｈｕ著、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈａｌｂａｃｈ  ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ  ｔｏ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｍａｃｈｉｎｅ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  １７ｔｈ  ｉｎｔ．  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ｒａｒｅ  ｅａｒｔｈ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２０００年、ｐｐ．９０３−９２２
【非特許文献６】入山恭彦著、「高性能希土類ボンド磁石の開発動向」、文部科学省イノベーション創出事業／希土類資源の有効利用と先端材料シンポジウム、２００２年、ｐｐ．１９−２６
【非特許文献７】Ｂ．Ｈ．Ｒａｂｉｎ、Ｂ．Ｍ．Ｍａ著、「Ｒｅｃｅｎｔ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  ｐｏｗｄｅｒ」、１２０ｔｈ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ、２００１年、ｐｐ．２３−２８
【非特許文献８】Ｂ．Ｍ．Ｍａ著、「Ｒｅｃｅｎｔ  ｐｏｗｄｅｒ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ａｔ  ｍａｇｎｅｑｕｅｎｃｈ」、Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ２００２、２００２年
【非特許文献９】Ｓ．Ｈｉｒａｓａｗａ、Ｈ．Ｋａｎｅｋｉｙｏ、Ｔ．Ｍｉｙｏｓｈｉ、Ｋ．Ｍｕｒａｋａｍｉ、Ｙ．Ｓｈｉｇｅｍｏｔｏ、Ｔ．Ｎｉｓｈｉｕｃｈｉ著、「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ／ＦｅｘＢ−ｔｙｐｅ  ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔｓ  ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  ｓｔｒｉｐ  ｃａｓｔｉｎｇ」、９ｔｈ  Ｊｏｉｎｔ  ＭＭＭ／ＩＮＴＥＲＭＡＧ、ＦＧ−０５、２００４年
【非特許文献１０】Ｈ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓ、Ｊ．Ｉ．Ｂｅｔａｎｃｏｕｒｔ、Ｃ．Ｌ．Ｈａｒｌａｎｄ、「Ｎａｎｏｐｈａｓｅ  Ｐｒ  ａｎｄ  Ｎｄ／Ｐｒ  ｂａｓｅｄ  ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｉｒｏｎ−  ｂｏｒｏｎ  ａｌｌｏｙｓ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  １６ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２０００年、ｐｐ．４８５−４９５
【発明の開示】
【００２３】
本発明は磁気異方性の磁極の採用によって、等方性磁石の欠点であるエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘを概ね２倍以上に高めることで、径方向空隙型磁石モータのトルク密度の増加を図ると共に、同一形状において等方性磁石以下までコギングトルクを低減しようとするものである。
【００２４】
従来技術では、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが増加すると、異極間の機械角φｐに対する磁化ベクトル角Ｍθの変化Ｍθ／φｐが指数関数的に増加する傾向にあった。しかし、本発明の磁気異方性磁極のＭθ／φｐは、磁化ベクトル角Ｍθ、すなわち異方性の方向制御によって等方性磁石以下に抑制することができる。その結果、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが略２〜１０倍の磁気異方性磁極に拘わらず、径方向空隙型磁石モータのコギングトルクを増加させることなく、トルク密度を高めることができる。したがって、家電機器、空調機器、並びに情報機器などの各種駆動源として幅広く使用されている、概ね５０Ｗ以下の径方向空隙型磁石モータの省電力化、省資源化、小型化、並びに静音化の進展に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】図１Ａは、磁極の異方性方向制御を示す第１の概念図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、磁極の異方性方向制御を示す第２の概念図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、磁極の異方性方向制御を示す第３の概念図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、磁極の異方性方向制御を示す第４の概念図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、磁極の異方性方向制御を示す第５の概念図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、磁極の異方性方向制御を示す要部拡大図である。
【図２Ａ】図２Ａは、溶融高分子の外力による流動形態を示す第１の概念図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、溶融高分子の外力による流動形態を示す第２の概念図である。
【図３】図３は、磁極に塑性加工性を与える熱硬化性樹脂組成物の分子構造を示す模式図である。
【図４】図４は、磁気異方性磁極のマクロ構造を示す電子顕微鏡写真を示す図である。
【図５】図５は、磁極の異方性方向制御を座標値で示す形状図である。
【図６Ａ】図６Ａは、磁極の成形温度とエネルギー密度を示す特性図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、減磁曲線の比較を示す特性図である。
【図７】図７は、磁極の機械角φｐと静磁界Ｍｓ方向の関係を示す特性図である。
【図８Ａ】図８Ａは、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘとＭθ／φｐを示す特性図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、Ｍθ／φｐとコギングトルクの関係を示す特性図である。
【図９Ａ】図９Ａは、磁石形状によるコギングトルク低減法を示す第１の概念図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、磁石形状によるコギングトルク低減法を示す第２の概念図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、磁石形状によるコギングトルク低減法を示す第３の概念図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、磁化方向の不連続制御によるコギングトルク低減法を示す第１の概念図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、磁化方向の不連続制御によるコギングトルク低減法を示す第２の概念図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、磁化方向の不連続制御によるコギングトルク低減法を示す第３の概念図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、磁化方向の不連続制御によるコギングトルク低減法を示す第４の概念図である。
【図１１】図１１は、磁化方向を異にする磁極断片の数とコギングトルクの関係を示す特性図である。
【図１２】図１２は、等方性磁石の磁化パターンを示す概念図である。
【符号の説明】
【００２６】
φｔ    固定子鉄心ティースの機械角
φｐ    磁極の機械角
Ｍｓ    静磁界
Ｍ      磁化ベクトル
Ｍθ    磁化ベクトルの角度
Ｈｅｘ  外部磁界
Ｈθ    外部磁界の角度
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は径方向空隙型磁石モータにおいて、本発明は径方向空隙型磁石モータの固定子鉄心ティースの機械角φｔ、磁極の機械角φｐ、磁極の周方向接線に対する磁化ベクトルＭの角度をＭθとしたとき、φｔに対向する磁極中心領域の機械角φｐ＝φｔ領域のＭθを７５〜９０度、より好ましくは９０度で、その平均誤差を５度以内とし、且つ、周方向磁極端、すなわち異極間でのφｐ×０．１度の領域でＭθ／φｐ≦７の磁気異方性磁極とする。【００２８】
上記のような磁気異方性磁極は、先ず図１Ａのように、磁極端に面内異方性に近い部分を機械的に付与した異形磁極を用意する。そして、図１Ａ−１Ｂ−１Ｃ−１Ｄ−１Ｅに示すようなパターンで円弧状の磁極とする。これにより、Ｍθ／φｐが７以下で、且つＭθとφｐの相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ磁極を調製できる。ただし、図１Ａから図１Ｅは磁極の中心から右半分の断面形状を表しており、図１ＡのＨθは、任意の位置での異形磁極の内外周切片に対する均質な外部磁界Ｈｅｘとなす角度である。このＨθは図１Ｅの任意の磁極表面の接線に対する磁気異方性の方向、すなわち、本発明の磁極の周方向接線に対する磁化ベクトル角Ｍθに対応する。【００２９】
磁極の異方性方向制御を示す要部拡大図を図１Ｆに示す。【００３０】
以上のような、磁気異方性希土類磁石材料と共に、本発明では少なくとも図１Ａから図１Ｅのように、磁極に塑性加工性を与え得るように調整した熱硬化性樹脂組成物を必須成分とする。なお、ここで言う塑性加工性とは、図２Ａ、２Ｂの概念図で示すように、熱硬化性樹脂組成物の成分の一部が絡み合う糸状の分子鎖として磁極中に介在し、熱と外力Ｆ−Ｆ’に応じてせん断流動、または伸長流動などの粘性変形を原理とするレオロジーによる。また、図１Ｅの変形後の円弧状磁極については、例えば、図３に示す熱硬化性樹脂組成物の成分を架橋反応により３次元網目構造化する。これにより磁極の耐熱性、耐久性を向上することができる。【００３１】
図３はノボラック型エポキシオリゴマー、線状ポリアミド、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールからなる熱硬化性樹脂組成物であり、本発明にかかる磁極に塑性加工性を与え得るように調整した熱硬化性樹脂組成物の一例である。図３の例では線状ポリアミドが溶融状態のとき、絡み合う糸状の分子鎖として磁極中のマトリクスに一様に介在し、外力Ｆ−Ｆ’に応じてせん断流動、または伸長流動を引き起こすことで磁極の変形を担う。なお、図２Ａ、２Ｂに示す流動を与える熱硬化性樹脂組成物は、必ずしも図３に示すものだけに限定されない。【００３２】
ところで、径方向空隙型磁石モータのトルク密度は、磁極が発生する静磁界Ｍｓ、すなわち、固定子鉄心と磁極との空隙磁束密度に比例する。仮に、同一寸法同一構造の磁極と固定子鉄心で形成した径方向空隙型磁石モータの空隙磁束密度は、磁極のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの比の平方根に概ね比例することから、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの水準が、概ね８０ｋＪ／ｍ３を上限とする等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂボンド磁石に対し、本発明にかかる磁極のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ値を１５０ｋＪ／ｍ３以上とすれば、略１．３６倍のトルク密度の増加が見込まれる。したがって、本発明にかかる磁極を形成する磁気異方性磁石はトルク密度を高めるという観点から、残留磁化Ｍｒ≧０．９５Ｔ、固有保磁力ＨｃＪ≧０．９ＭＡ／ｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３の磁気性能を有するものが望ましい。【００３３】
上記のような、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３の磁気異方性磁極を得るにはエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧２７０ｋＪ／ｍ３の希土類磁石材料の磁極に占める体積分率を８０ｖｏｌ．％以上、磁極を磁化する均質な外部磁界Ｈθを２．４ＭＡ／ｍ以上とすることが望ましい。【００３４】
本発明にかかる磁気異方性希土類磁石材料としては、単磁区粒子型の１−５型ＳｍＣｏ系希土類磁石微粉末、２相分離の２−１７型ＳｍＣｏ系希土類磁石粒子も一部、もしくは全量使用できる。しかし、資源バランスの観点から、希土類−鉄系希土類磁石材料が好ましい。例えば、Ａ．ＫａｗａｍｏｔｏらのＲＤ（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）−Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３希土類磁石微粉末（Ａ．Ｋａｗａｍｏｔｏ、Ｔ．Ｉｓｈｉｋａｗａ、Ｓ．Ｙａｓｕｄａ、Ｋ．Ｔａｋｅｙａ、Ｋ．Ｉｓｈｉｚａｋａ、Ｔ．Ｉｓｅｋｉ、Ｋ．Ｏｈｍｏｒｉ著、「ＳｍＦｅＮ  ｍａｇｎｅｔ  ｐｏｗｄｅｒ  ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．、３５、１９９９年、ｐ．３３２２参照）や、Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａらの希土類−鉄系合金の（Ｒ２［Ｆｅ，Ｃｏ］１４Ｂ）相の水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ，Ｒ２［Ｆｅ，Ｃｏ］１４ＢＨｘ）、６５０〜１０００°Ｃでの相分解（Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＲＨ２＋Ｆｅ＋Ｆｅ２Ｂ）、脱水素（Ｄｅｓｏｒｐｓｉｏｎ）、再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）で作製した所謂ＨＤＤＲ−Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子（Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａ  ａｎｄ  Ｒ．Ｎａｋａｙａｍａ著、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  ｍａｇｎｅｔ  ｐｏｗｄｅｒｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」、Ｐｒｏｃ．  １０ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、１９８９年、ｐｐ．５５１−５６２参照）を挙げることができる。【００３５】
（実施例）
以下、本発明にかかる磁気異方性磁極、並びに８極１２スロットの径方向空隙型磁石モータを対象とした実施例により、更に詳しく説明する。ただし、本発明が本実施例に限定されるものではない。【００３６】
先ず、図４は本発明にかかる密度６．０１Ｍｇ／ｍ３の異形磁極のマクロ構造を示す走査電子顕微鏡写真を示す図である。ただし、粒子径３〜５μｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが２９０ｋＪ／ｍ３の異方性Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系希土類磁石微粉末、並びに粒子径３８〜１５０μｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが２７０ｋＪ／ｍ３の異方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子は、熱硬化性樹脂組成物とともに１６０℃の加熱下で、均質な外部磁界Ｈθを１．４ＭＡ／ｍとした配向磁界を印加し、２０〜５０ＭＰａの圧力で圧縮成形した磁気異方性の異形磁極であり、そのエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘは均質な外部磁界Ｈθを２．４ＭＡ／ｍとした磁化で１５５ｋＪ／ｍ３に達する。この磁極のマクロ構造の特徴はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子をＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系希土類磁石微粉末と熱硬化性樹脂組成物から成るマトリクス（連続相）で隔離した構造となっている点にある。また、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３およびＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石材料が占める体積分率は８１ｖｏｌ．％である。【００３７】
一方、熱硬化性樹脂組成物は図３に示したエポキシ当量２０５〜２２０ｇ／ｅｑ、融点７０−７６℃のノボラック型エポキシオリゴマー、融点８０℃、分子量４０００〜１２０００の線状ポリアミド、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールから成り、それらはゲル化に至らず、線状ポリアミドは熱で再溶融し、絡み合う糸状の分子鎖として磁極中に介在し、図２Ｂのような熱と外力の方向に応じてせん断流動、伸長流動を引き起こす。これにより、図１Ａ−１Ｂ−１Ｃ−１Ｄ−１Ｅに対応する粘性変形能を有している。【００３８】
図５は、本発明にかかる上記マクロ構造を有する磁気異方性の異形磁極２種、並びにそれらを変形した円弧状磁気異方性磁極、すなわち変形前後の磁極を座標値で示した形状図である。ただし、図５中原点Ａは外周面の周方向中心であり、この図５では磁極断面の１／２を示している。【００３９】
また、座標Ａ−Ｂ１−Ｃ１−Ｄで示した異形磁極を実施例１、座標Ａ−Ｂ２−Ｃ２−Ｄで示した異形磁極を実施例２、更に、座標Ａ−Ｂ’−Ｃ’−Ｄで示した円弧状磁極は変形後の磁極形状であり、実際の変形加工は座標Ａ−Ｂ’−Ｃ’−Ｄを有するキャビティに異形磁極を挿入し、大気中１３５℃、１ＭＰａ、加圧保持時間なしで行った。【００４０】
ここで、図５に示す均質な外部磁界Ｈｅｘと異形磁極の任意の位置の接線に対する角度Ｈθは円弧状磁極の内外周の各接線に対する磁化ベクトルＭの角度Ｍθに相当する。すなわち、Ｈθ／φｐ≒Ｍθ／φｐである。【００４１】
本実施例では、固定子鉄心ティースの機械角φｔ＝１４度、磁極の機械角φｐ＝４５度、磁極の周方向接線に対する磁化ベクトル角をＭθとしたとき、φｔに対向する磁極の機械角φｐ＝φｔ領域（１４度）のＭθを９０度とし、磁極端φｐ×０．１度（磁極の両端ともに４．５度）の領域でＭθ／φｐ≦７とし、前記Ｍθとφｐとが相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ精度とするために、異形磁極断片の内外周の接線に対する外部磁界Ｈｅｘとなす角度Ｈθは異形磁石外周Ａ−Ｂ１（Ｂ２）では０．３６５５ｍｍピッチ、内周Ｃ１（Ｃ２）−Ｄでは０．２８４５ｍｍピッチとし、径方向磁極中心で２分割した計９６の剛体の集合体として、各剛体が、それぞれ回転移動するとした非線形構造解析で異形磁極の形状を設定した。【００４２】
次に、本発明にかかる変形後の円弧状磁極は大気中１７０℃、２０分の熱処理を施すことで線状ポリアミドを含む熱硬化性樹脂組成物を図３のように架橋した。ただし、図３は遊離エポキシ基を示しているが、これらは、全てイミダゾール類、或いは線状ポリアミドのアミノ活性水素、あるいは末端カルボキシル基などと反応させることが望ましい。【００４３】
得られた、本発明にかかる円弧状磁極（２ｇ）は、外半径２０．４５ｍｍ、内半径１８．９５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍであり、ソレノイドコイルとパルス磁化電源を用い、２．４ＭＡ／ｍの均質な外部磁界Ｈθで磁化した。然る後、当該磁極を外径３７．９ｍｍの積層電磁鋼板の外周面に接着固定し、本発明にかかる実施例１、２の直径４０．９ｍｍ、軸方向長さ１４．５ｍｍ、８極磁石ロータとした。【００４４】
表１は上記磁石ロータの９０度設定領域における磁化ベクトル角Ｍθの誤差平均、並びに、異極間の磁極の機械角φｐに対する磁化ベクトル角Ｍθの回帰直線の相関係数を示す。ただし、磁化ベクトル角Ｍθの測定は３次元ホールプローブを備えたベクトルテスラメータでφｐ１度当たりに２４ポイントのＭθを計測した結果である。表１から明らかなように、φｔに対向する磁極の機械角φｐ＝φｔ領域（１４度）のＭθを９０度としたとき、その誤差の平均値は５度以内であり、磁極端φｐ×０．１度（磁極の両端ともに４．５度）の領域でφｐとが相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ精度となっている。【００４５】
また、表２は上記８極磁石ロータのφｐ＝３６０度、つまり全周にわたる磁化ベクトル角Ｍθの誤差を頻度と累積％で示している。表２から明らかなように、当該磁極を外径３７．９ｍｍの積層電磁鋼板の外周面に接着固定する組立精度を含めても設定角に対する誤差の９０％以上を５度以内とできる。【００４６】
【表１】
2008065898.tif 000003
【００４７】
【表２】
2008065898.tif 000004
【００４８】
表３は異形磁極、円弧状磁極において、機械角φｐに対するＭθの設定値に対応する位置から採取した直径１ｍｍの円柱磁石から異方性の角度と、その程度を解析した結果を示す。先ず、円柱磁石の中心位置をφｐにおけるＭθ設定角としたとき、円柱試料の全方向で残留磁化Ｍｓが最大となる角度、すなわちφｐに対するＨθ、Ｍθを求めた。【００４９】
一方、異方性の程度は異方性分散σを用いて評価した。ここで異方性分散σ、すなわち、磁化容易軸（Ｃ軸）分布の解析は回転磁化における全エネルギーＥ=Ｋｕ・ｓｉｎ2φ - Ｍｓ・Ｈ ・ ｃｏｓ (φ-φo)において、円柱磁石の全エネルギーＥを最小とする解、すなわち、(δＥ／δφ) = Ｋｕ・sin2 φ - Ｍｓ・Ｈ・sin (φ-φo) ＝０から、先ずφを決定し、Ｍ＝  Ｍｓ cos (φo - φ) からＭが最大になるＭ−Ｈ  ｌｏｏｐを試料振動型磁力計（ＶＳＭ）で測定する。更に、Ｋｕ sin2 φ -Ｍｓ・Ｈ・sin (φo - φ) = ０からφを求め、φの確率分布を適用して全体の配向状態、すなわち異方性分散σを求めた。ただし、φo は外部磁界の角度、φはＭｓが回転した角度、Ｍｓは自発磁気モーメント、Ｋｕは磁気異方性定数、Ｅは全エネルギーである。その結果、円柱磁石の中心位置をＭθ設定角としたとき、円柱試料の全方向で残留磁化Ｍｓが最大となる角度、すなわちφｐに対するＨθ、ＭθはＭθ設定値にほぼ等しく、異形磁石と円弧状磁石の異方性分散σの値は最大でも０．５であり、この水準は測定誤差を考慮すれば同等である。このことは、異形磁石から円弧状磁石とする過程で、それぞれの部位が回転移動する際に、異方性の程度、すなわちエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの劣化なしに、異方性の方向のみが変化していることを証明するものである。【００５０】
【表３】
2008065898.tif 000005
【００５１】
つぎに、上記８極磁石ロータをティースの機械角φｔ＝１４度の固定子鉄心とともに、８極１２スロットの径方向空隙型磁石モータとした。【００５２】
なお、一様な外部磁界Ｈｅｘの空間で直接外半径２０．４５ｍｍ、内半径１８．９５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍとした円弧状の磁気異方性磁極から作製した直径４０．９ｍｍ、軸方向長さ１４．５ｍｍ、８極磁石ロータを従来例１とした。【００５３】
ところで、図６Ａ、図６Ｂは、磁極に占める希土類磁石材料の体積分率を８１ｖｏｌ．％とした、本発明にかかる磁気異方性磁極の２．４ＭＡ／ｍパルス着磁後のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘを示す特性図である。【００５４】
先ず、図６Ａは、異形磁極の成形温度とエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの関係を示す特性図である。本実施例では、成形温度１５０℃以上でエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが１５０ｋＪ／ｍ３を越える。加えて、変形後の磁極に含まれる線状ポリアミドを含む熱硬化性樹脂組成物を図３のように架橋するために、大気中１７０℃、２０分の高温暴露を行っても、例えば、磁極の残存空隙からの酸化反応で希土類磁石材料表面が組織変化を引き起こすことなく、≧１５０ｋＪ／ｍ３を維持することが了解される。【００５５】
次に、図６Ｂは、成形温度を１６０℃とし、その後、１７０℃、２０分の熱処理を施した１５５ｋＪ／ｍ３の磁極の減磁曲線を、８０ｋＪ／ｍ３等方性磁石、１６ｋＪ／ｍ３極異方性磁石（磁化パターンは図４のように正弦波着磁した等方性磁石と同じ）と比較した特性図である。【００５６】
８０ｋＪ／ｍ３等方性磁石（１６ｇ）はリング状で本発明例と同じく、外径３７．９ｍｍの積層電磁鋼板の外周面に接着固定して直径４０．９ｍｍ、軸方向長さ１４．５ｍｍとしたのち、着磁ヨークとパルス磁化電源を用いて正弦波着磁８極磁石ロータとした。また、前記ロータを８極１２スロットの径方向空隙型磁石モータに実装した（これを従来例２とする）。【００５７】
更に、１６ｋＪ／ｍ３極異方性磁石（８３ｇ）は、直径５０．３ｍｍ、軸方向長さ２５ｍｍとしたのち着磁ヨークとパルス磁化電源を用いて正弦波着磁した８極磁石ロータとした。また、前記ロータを８極１２スロットの径方向空隙型磁石モータに実装した（これを従来例３とする）。【００５８】
図７は、本発明にかかるエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ＝１５５ｋＪ／ｍ３の磁気異方性磁極から作製した、実施例１の８極磁石ロータの径方向磁極中心の円周上に磁化ベクトルＭを矢印で示した特性図である。ただし、磁極の機械角φｐは４５度、磁化ベクトルＭは０．５度ピッチで示している。【００５９】
上記、本発明にかかる磁気異方性の磁極は径方向にソレノイドコイルで２．４ＭＡ／ｍの一様な外部磁界Ｈｅｘで磁化している。なお、２．４ＭＡ／ｍ並びに４ＭＡ／ｍで磁化したとき磁極の残留磁化Ｍｒは０．９５Ｔ、保磁力ＨｃＪ＝０．９ＭＡ／ｍで同じ値であった。このことから、少なくとも２．４ＭＡ／ｍの着磁界Ｈｍで磁極は完全に磁化していると言える。このような、本発明にかかる磁気異方性の磁極は、着磁磁界Ｈｍの方向から異方性の方向（磁化容易軸）にずれが生じても、異方性の方向に沿って磁化されるため、図７の磁化ベクトルＭの方向は磁気異方性の方向を意味し、磁化ベクトル角Ｍθとすれば、Ｍθ／φｐは磁極の機械角φｐに対する磁気異方性の角度分布を意味する。【００６０】
上記、実施例１の８極磁石ロータは、磁極中心（φｐ＝φｔ）の領域でＭθ＝７５〜９０度を満たしている。そこで、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で径方向磁極中心の円周上の接線に対する磁化ベクトルＭの角度Ｍθを機械角φｐに対して回帰分析すると、Ｍθ＝−６．４５７５φｐ＋２８９．７６なる一次式で示され、その相関係数は０．９９７５であった。ここで、直線の傾きＭθ／φｐは極性が異なる磁極間の機械角φｐに対する磁化ベクトル角Ｍθの方向変化の程度、すなわち、磁極の機械角φｐに対する磁気異方性の角度変化、換言すれば図２Ｂに示した非特許文献５の磁気異方性の不連続方向制御でなく、連続制御されていることを意味している。【００６１】
図８Ａは、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で実施例１、２、及び従来例１、２、３についてＭθ／φｐを求め、それぞれの磁極のエネルギー密度に対してプロットした特性図である。ただし、図８Ａ中のＲ２は、それぞれの回帰分析におけるＭθ／φｐの相関係数である。また、図８Ｂは、Ｍθ／φｐと径方向空隙型磁石モータのコギングトルクとの関係を示す特性図である。【００６２】
先ず、図８Ａから、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で極性が異なる磁極間の機械角φｐに対する、静磁界Ｍｓの方向変化の程度Ｍθ／φｐに着目する。従来例では、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加によってＭθ／φｐが指数関数的に増加する傾向を示している。しかしながら、本発明にかかる磁気異方性磁極のＭθ／φｐは、磁気異方性の連続方向制御によって従来例２（８０ｋＪ／ｍ３）、または従来例３（１６ｋＪ／ｍ３）と同等以下の値が得られている。【００６３】
次に、図８Ｂに着目すると、径方向空隙型磁石モータのコギングトルクは、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で極性が異なる磁極間の機械角φに対する静磁界Ｍｓの方向変化の程度Ｍθ／φｐに強く依存することは明白である。すなわち、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で極性が異なる磁極間の機械角φｐに対する磁化ベクトルＭの方向変化の程度Ｍθ／φｐを０．７以下とする。すると、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが略２〜１０倍の磁気異方性磁極を実装した径方向空隙型磁石モータであるに拘わらず、図４に示した磁化パターンをもつ従来例２、３と同水準、或いはそれ以下までコギングトルクが低減できることが明らかになった。【００６４】
なお、径方向空隙型磁気異方性磁石モータのトルク密度に比例する誘起電圧値は実施例１（１５５ｋＪ／ｍ３）の２４．１Ｖに対し、同一構造同一寸法の従来例１（１５５ｋＪ／ｍ３）は２５．１Ｖ、従来例２（８０ｋＪ／ｍ３）は１８Ｖであった。【００６５】
以上のように、本発明にかかる実施例１は従来の磁気異方性磁極に対しトルク密度４％減、コギングトルク５０％減であり、正弦波着磁した従来例２（８０ｋＪ／ｍ３）に対しトルク密度３４％増、コギングトルク２１％減であった。すなわち、本発明によれば、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加により径方向空隙型磁気異方性磁石モータのコギングトルク増加を抑制しながら、トルク密度の増大が図れる。したがって当該モータの省電力化、省資源化、小型化、並びに静音化の進展が期待される。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
この発明に係るモータは、磁極端に非ラジアル磁気異方性領域を有し、低コギングトルク、高トルク密度を特徴とするモータに利用され、産業上の利用可能性は極めて高い。
【図１Ａ】
2008065898.tif 000006
【図１Ｂ】
2008065898.tif 000007
【図１Ｃ】
2008065898.tif 000008
【図１Ｄ】
2008065898.tif 000009
【図１Ｅ】
2008065898.tif 000010
【図１Ｆ】
2008065898.tif 000011
【図２Ａ】
2008065898.tif 000012
【図２Ｂ】
2008065898.tif 000013
【図３】
2008065898.tif 000014
【図５】
2008065898.tif 000015
【図６Ａ】
2008065898.tif 000016
【図６Ｂ】
2008065898.tif 000017
【図７】
2008065898.tif 000018
【図８Ａ】
2008065898.tif 000019
【図８Ｂ】
2008065898.tif 000020
【図９Ａ】
2008065898.tif 000021
【図９Ｂ】
2008065898.tif 000022
【図９Ｃ】
2008065898.tif 000023
【図１０Ａ】
2008065898.tif 000024
【図１０Ｂ】
2008065898.tif 000025
【図１０Ｃ】
2008065898.tif 000026
【図１０Ｄ】
2008065898.tif 000027
【図１１】
2008065898.tif 000028
【図１２】
2008065898.tif 000029
【図４】
2008065898.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月18日(2009.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極の機械角φｐ、径方向磁極中心の円周上の接線に対する磁化ベクトルＭの角度をＭθとしたとき、周方向磁極中心領域でＭθ＝７５〜９０度、磁極端φｐ×０．１度の領域でＭθ／φｐ≦７の磁気異方性磁極である、径方向空隙型磁石モータ。
【請求項２】
均質な外部磁界Ｈｅｘ方向に対する任意のφｐに対応する内外周切片との角Ｈθをもつ異形磁極を変形した円弧状磁極において、任意のφｐに対応する磁化ベクトル角ＭθがＨθと等しい、請求項１記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項３】
周方向磁極中心領域でＭθを９０度とし、その平均誤差を５度以下とした、請求項１記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項４】
周方向磁極端φｐ×０．１度の領域において、φｐとＭθとが相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ精度をもつ、請求項１記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項５】
変形が熱と外力によって生じる溶融した線状高分子のせん断流動、伸張流動、およびそれらが重複した粘性変形である、請求項２記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項６】
変形過程の異方性分散σの変化が０．５以下である、請求項２記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項７】
磁気異方性磁極が、残留磁化Ｍｒ≧０．９５Ｔ、固有保磁力ＨｃＪ≧０．９ＭＡ／ｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが１５０ｋＪ／ｍ３以上の磁気性能を有する、請求項１に記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項８】
磁気異方性磁極が１５０μｍ以下のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子を平均粒子径３〜５μｍのＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系希土類磁石微粉末と結合剤とのマトリクス（連続相）で隔離したマクロ構造である、請求項１記載の径方向空隙型磁石モータ。
【請求項９】
前記磁気異方性磁極に占めるエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが２７０ｋＪ／ｍ３以上の磁石材料の体積分率を８０ｖｏｌ．％以上とし、着磁界Ｈｍを２．４ＭＡ／ｍ以上とする、請求項１または６のいずれか１項に記載の径方向空隙型磁石モータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁極端に非ラジアル磁気異方性領域を有する磁気異方性の磁極で構成した低コギングトルク、並びに高トルク密度を特徴とする径方向空隙型磁石モータに関する。更に詳しくは家電機器、空調機器、並びに情報機器などの各種駆動源として幅広く使用されている、概ね５０Ｗ以下の径方向空隙型磁石モータの省電力化、省資源化、小型化、並びに静音化に関わる。
【背景技術】
【０００２】
モータは回転子、軸、軸受、固定子などを鉄鋼、非鉄金属、高分子などの各種材料を高精度で加工し、それらを組み合わせることで電気エネルギーを機械エネルギーに変換する複合機能部品とみなせる。近年のモータは他の磁性材料を吸引したり反発したりする能力、並びに外部エネルギーなしに永久的に静磁界を発生する能力をもつ磁石を利用した、所謂永久磁石型モータが主流となっている。物理的に見て磁石が他の磁性材料と異なる点は外部磁界を消した後も有効な磁化が残り、熱や比較的大きな逆磁界などを加えたとき、初めて磁化反転（減磁）が起こり、それに伴って磁化の低下が起こるという点である。このような磁石の重要な特性値にエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘがある。これは磁石の潜在的エネルギーを単位体積で表している。
【０００３】
ところで、磁石の強く吸引したり反発したりする能力は、モータの種類によっては必ずしも高性能化にはならない。しかし、非特許文献１は磁石の基本特性の一つである残留磁束密度Ｂｒとモータ性能の指標としてのモータ定数ＫＪ（ＫＪは出力トルクＫＴと抵抗損の平方根√Ｒの比）との関係から、モータ径、ロータ径、空隙、軟磁性材、磁石寸法などを固定したとき、磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加は、本発明が対象とする径方向空隙型磁石モータにおいて、より高いトルク密度が得られるとしている。
【０００４】
しかしながら、磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加は本発明が対象とする径方向空隙型磁石モータにおいて、より高いトルク密度が得られる反面、当該モータの固定子鉄心には巻線を収納するスロットと磁気回路の一部を形成するティースが存在するため、回転に伴ってパーミアンスが変化する。このために磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加はトルク脈動、すなわち、コギングトルクを増大させる。コギングトルクの増加はモータの滑らかな回転を妨げ、モータの振動や騒音を大きくし、回転制御性が悪化するなどの弊害を伴う。
【０００５】
上記のような弊害を避けるため、径方向空隙型磁石モータのコギングトルク低減に関して従来から多くの研究がなされてきた。
【０００６】
先ず、磁化方向に或る一定の厚さをもつ磁極に関しては、磁石の偏肉化を挙げることができる。例えば、非特許文献２には、図９Ａのような、偏肉化した磁極１、固定子鉄心２、固定子鉄心スロット３、固定子鉄心ティース４を有する径方向空隙型磁石モータについて、残留磁化Ｂｒが１．２Ｔ、磁極中心の最大厚さ３ｍｍ、磁極両端の最小厚さ１．５ｍｍの偏肉化した磁極で１２極１８スロットとすると、コギングトルクを極小化できると記載している。なお、この場合は磁極の外径側からの偏肉であるが、その逆の磁極内径側から偏肉した磁極であってもコギングトルクを低減できることは周知である。
【０００７】
なお、非特許文献２では、図９Ａのように磁極の偏肉化でコギングトルクを極小化するには、磁極中心の最大厚さに対し、磁極両端の最小厚さが１／２程度となるような偏肉化が必要であるとしている。したがって、磁極の厚さ、すなわち磁化の方向（厚み）が薄くなると、磁極を偏肉化してコギングトルクを極小化しようとしても十分な効果が得られなくなる。加えて一般に、機械的には脆弱な磁極であるから加工も難しくなる。
【０００８】
一方、磁化方向の厚さが薄い磁極に関しては、非特許文献３の、図９Ｂのような磁極をスキューする方法、或いは、非特許文献４の、図９Ｃのような磁極間の磁極面積を連続的に削除する方法が知られている。
【０００９】
以上の従来技術をまとめると、何れも厚い磁極の磁極端を１／２程度まで薄くして固定子鉄心との空隙を広げるか、或いは薄い磁極の磁極間の面積を削減する。したがって、磁極から発生する静磁界Ｍｓが磁束Φとして固定子鉄心へ流れ込む量が抑制される。その結果、それらの方法ではコギングトルクの低減によって一般に１０〜１５％のトルク密度の低下を招く。したがって、図９Ａ、９Ｂ、及び図９Ｃに示した従来技術によるコギングトルク低減法は、磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加で径方向空隙型磁石モータのトルク密度の増加を図ることとは相反する関係にあった。
【００１０】
他方では、非特許文献５のように、磁化方向の厚さが１．２ｍｍと薄く、しかも残留磁化Ｍｒが１Ｔと高いエネルギー密度のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類焼結磁石を用いて、図９Ａ、９Ｂ、及び図９Ｃに示したような磁化方向の厚さ、或いは磁極の面積を削減しない方法で、径方向空隙型磁石モータのコギングトルク低減法を報告した。すなわち、図１０Ａ〜１０Ｄのように各磁極を２〜５分割した断片で構成し、断片毎に磁化方向（異方性の方向）を段階的に調整した、所謂Ｈａｌｂａｃｈ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒである。ただし、図中、磁極１の添え字（２）〜（５）は、磁極１を２〜５分割した断片の数を示している。また、各断片の矢印の方向は配向した磁化容易軸（Ｃ軸）に沿った磁化ベクトルＭの方向、すなわち異方性の方向を表している。
【００１１】
上記構成の磁極を用いて１２極１８スロットの径方向空隙型磁石モータとしたとき、当該磁極を分割した磁極断片の数に対するコギングトルクをプロットすると図１１のようになる。すなわち、磁極を分割した磁極断片の数ＮとコギングトルクＴｃｏｇとは、Ｔｃｏｇ＝６１．７５３ｅｘｐ（−０．１４５１Ｎ）なる累乗近似が成り立つ。加えて、図１１は任意の機械角φにおける磁化ベクトルＭと、磁極の周方向接線に対する角度をＭθとしたとき、Ｍθ／φｐが、とくに異極間で特定の方向へきめ細かく連続的に変化することが理想であることを示唆している。しかし、厚さ１．２ｍｍ、残留磁化Ｍｒが１Ｔと高いエネルギー密度のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類焼結磁石で、異方性の方向を異にする磁極断片を多数用意し、当該磁極断片をきめ細かく規則的に配置し、しかも高い寸法精度で磁極を構成すること自体が困難である。このため、当該磁極を整数倍準備した多極ロータ、あるいは、それを用いた径方向空隙型磁石モータを製造することは極めて困難である。加えて、経済との整合性に乏しいことも容易に推測できる。
【００１２】
本発明の課題は、例えば厚さ１．５ｍｍのように薄く偏肉化が困難な形状で、且つエネルギー密度の高い磁気異方性磁極において、磁極の体積、或いは面積を削減しない径方向空隙型磁石モータの、新規なコギングトルク低減法を提供することにある。
【００１３】
更に詳しくは、非特許文献５の磁極を分割した断片数ＮとコギングトルクＴｃｏｇに、Ｔｃｏｇ＝６１．７５３ｅｘｐ（−０．１４５１Ｎ）なる累乗近似が成り立つことに着目した。とくに、磁極の機械角をφｐとしたとき、Ｎ、Ｓ極が切換わる異極間においてφｐ×０．１度の領域で磁化ベクトルＭの磁極の周方向接線に対する角度をＭθとしたとき、磁極の機械角φｐに対する磁化ベクトル角Ｍθの連続変化Ｍθ／φｐを特定することで、エネルギー密度の高い磁気異方性磁極によるコギングトルクの抑制とトルク密度の増加という、相反する作用の両立させることを目的とする。これにより、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３の磁気異方性磁極を採用し、コギングトルクの抑制とエネルギー密度の増加という、相反する作用を両立した径方向空隙型磁石モータが提供される。
【００１４】
本発明は径方向空隙型磁石モータの固定子鉄心ティースの機械角φｔ、磁極の機械角φｐ、磁極の周方向接線に対する磁化ベクトル角をＭθとしたとき、φｔに対向する磁極中心領域の機械角φｐ＝φｔ領域のＭθを７５〜９０度、より好ましくは９０度で、その平均誤差を５度以内とし、且つ、周方向磁極端、すなわち異極間でのφｐ×０．１度の領域でＭθ／φｐ≦７の磁気異方性磁極とする。加えて、前記Ｍθとφｐとが相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ精度とする。
【００１５】
上記の磁気異方性磁極は均質な外部磁界Ｈｅｘの方向と磁極内外面との機械角φｐの接線に対する角度をＨθとしたとき、先ず、角度変化Ｈθ／φｐを与える内外周切片をもつ異形磁極をＨｅｘによる配向磁界を印加して準備する。つぎに、前記異形磁極に熱と外力を加えて所定の円弧状磁極とする。さらに、得られた円弧状磁極に再び配向した方向と同一方向の均質な外部磁界Ｈｅｘを与えて磁化する。円弧状磁極にＨｅｘを与えたとき、磁極の各部は磁化容易軸（Ｃ軸）の方向に磁化される。したがって、円弧状磁極の周方向接線に対する磁化ベクトル角Ｍθは、Ｈθとある程度の誤差をもって一致する。
【００１６】
ＭθとＨθとの誤差を極小とするには、異形磁極を構成する任意のＨθ／φｐをもつ剛体が回転移動し、異方性の程度を崩さずに磁化容易軸（Ｃ軸）の方向のみが変化するとし、それらの剛体の集合体を非線形構造解析することで異形磁極の形状を求めることが望ましい。また、任意のＨθ／φｐをもつ剛体の集合体が異方性の程度を崩さずに磁化容易軸（Ｃ軸）の方向のみが変化する回転移動は、熱と外力によって生じる溶融線状高分子のせん断流動、伸張流動、およびそれらが重複した粘性変形など、そのレオロジーを利用する。また、磁極の磁気性能としては残留磁化Ｍｒ≧０．９５Ｔ、固有保磁力ＨｃＪ≧０．９ＭＡ／ｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３を有するものが好ましい。
【００１７】
上記、塑性加工性とエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３の磁気性能を確保する好適な磁気異方性磁極の構成として、例えば１５０μｍ以下のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子を平均粒子径３〜５μｍのＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系希土類磁石微粉末と結合剤とのマトリクス（連続相）で隔離したマクロ構造とし、好ましくは、当該磁極に占めるエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧２７０ｋＪ／ｍ３の磁石材料の体積分率を８０ｖｏｌ．％以上とする。
【００１８】
磁気的に等方性の磁石は着磁界の方向と、その磁界強度分布にしたがって如何なる方向にも自在に磁化することができる。このため、着磁ヨークの形状と起磁力の最適化によって、図１２の磁極１の円弧状矢印で示すような磁化パターンを与えることができる。これにより、磁極と固定子鉄心との空隙磁束密度分布を容易に正弦波状に調整できる。したがって、径方向空隙型磁石モータのコギングトルク低減は薄い磁極を磁気的に異方性の磁石材料で形成する場合と比べると極めて容易である。
【００１９】
上記のような、等方性希土類磁石材料の研究は、先ずＲ．Ｗ．Ｌｅｅらが（ＢＨ）ｍａｘ１１１ｋＪ／ｍ３の急冷凝固リボンを樹脂で固定すると、（ＢＨ）ｍａｘ７２ｋＪ／ｍ３の等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石ができるとした（Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ，Ｅ．Ｇ．Ｂｒｅｗｅｒ，Ｎ．Ａ．Ｓｃｈａｆｆｅｌ，“Ｈｏｔ−ｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−Ｉｒｏｎ−Ｂｏｒｏｎ  ｍａｇｎｅｔｓ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．２１，１９５８（１９８５）を参照）ことが始まりと思われる。その後、１９８０年代後半以降から現在に至るまで、希土類−鉄系溶湯合金の急冷凝固を主とした等方性希土類磁石材料の研究が活発に行われている。例えば、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系、或いはそれらとαＦｅ、ＦｅＢ、Ｆｅ３Ｂ系との微細組織に基づく、交換結合を利用したナノコンポジット磁石材料を含め、多彩な合金組織をミクロ制御した等方性磁石材料に加え、粉末形状の異なる等方性磁石材料も工業的に利用可能になっている。例えば、非特許文献６〜１０を参照のこと。特に、非特許文献１０では、Ｈ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓらが、等方性でありながら（ＢＨ）ｍａｘが２２０ｋＪ／ｍ３に達するという報告をしている。
【００２０】
しかし、工業的に利用可能な等方性磁石材料の（ＢＨ）ｍａｘは高々１３４ｋＪ／ｍ３で、概ね５０Ｗ以下の小型の径方向空隙型磁石モータなどに代表される磁石モータへの応用で一般的な、等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂボンド磁石のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘは概ね８０ｋＪ／ｍ３以下である。すなわち、１９８５年のＲ．Ｗ．Ｌｅｅらの（ＢＨ）ｍａｘ１１１ｋＪ／ｍ３のリボンで（ＢＨ）ｍａｘ７２ｋＪ／ｍ３の等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石を作製して以来、２０年以上経過しても、（ＢＨ）ｍａｘの進歩でみると１０ｋＪ／ｍ３にも満たない。
【００２１】
したがって、等方性磁石材料の進歩を待ってエネルギー密度を増加し、本発明が対象とする径方向空隙型磁石モータの高トルク密度化は期待できない。
【００２２】
一方、等方性から異方性磁石への転換は一般にエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加を伴うものであるから、本発明が対象とする径方向空隙型磁石モータにおいて、より高いトルク密度が得られる反面コギングトルクが増大することになる。
【非特許文献１】Ｊ．Ｓｃｈｕｌｚｅ著「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ  ｆｏｒ  ｓｍａｌｌ  ｍｏｔｏｒｓ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ１８ｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００４年、ｐｐ．９０８−９１５
【非特許文献２】Ｙ．Ｐａｎｇ、Ｚ．Ｑ．Ｚｈｕ、Ｓ．Ｒｕａｎｇｓｉｎｃｈａｉｗａｎｉｃｈ、Ｄ．Ｈｏｗｅ著、「“Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ｍｏｔｏｒｓ  ｈａｖｉｎｇ  ｈａｌｂａｃｈ  ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｓｈａｐｅｄ  ｐａｒａｌｌｅｌ  ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ  ｍａｇｎｅｔｓ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ１８ｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００４年、ｐｐ．４００−４０７
【非特許文献３】Ｗ．Ｒｏｄｅｗａｌｄ、Ｗ．Ｒｏｄｅｗａｌｄ、Ｍ．Ｋａｔｔｅｒ著、「Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ１８ｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００４年、ｐｐ．５２−６３
【非特許文献４】松岡篤，山崎東吾，川口仁著、「送風機用ブラシレスＤＣモータの高性能化検討」、電気学会回転機研究会、ＲＭ−０１−１６１、２００１年
【非特許文献５】Ｄ．Ｈｏｗｅ、Ｚ．Ｑ．Ｚｈｕ著、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈａｌｂａｃｈ  ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ  ｔｏ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｍａｃｈｉｎｅ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  １７ｔｈ  ｉｎｔ．  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ｒａｒｅ  ｅａｒｔｈ  ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２０００年、ｐｐ．９０３−９２２
【非特許文献６】入山恭彦著、「高性能希土類ボンド磁石の開発動向」、文部科学省イノベーション創出事業／希土類資源の有効利用と先端材料シンポジウム、２００２年、ｐｐ．１９−２６
【非特許文献７】Ｂ．Ｈ．Ｒａｂｉｎ、Ｂ．Ｍ．Ｍａ著、「Ｒｅｃｅｎｔ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  ｐｏｗｄｅｒ」、１２０ｔｈ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ、２００１年、ｐｐ．２３−２８
【非特許文献８】Ｂ．Ｍ．Ｍａ著、「Ｒｅｃｅｎｔ  ｐｏｗｄｅｒ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ａｔ  ｍａｇｎｅｑｕｅｎｃｈ」、Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ２００２、２００２年
【非特許文献９】Ｓ．Ｈｉｒａｓａｗａ、Ｈ．Ｋａｎｅｋｉｙｏ、Ｔ．Ｍｉｙｏｓｈｉ、Ｋ．Ｍｕｒａｋａｍｉ、Ｙ．Ｓｈｉｇｅｍｏｔｏ、Ｔ．Ｎｉｓｈｉｕｃｈｉ著、「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ／ＦｅｘＢ−ｔｙｐｅ  ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔｓ  ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  ｓｔｒｉｐ  ｃａｓｔｉｎｇ」、９ｔｈ  Ｊｏｉｎｔ  ＭＭＭ／ＩＮＴＥＲＭＡＧ、ＦＧ−０５、２００４年
【非特許文献１０】Ｈ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓ、Ｊ．Ｉ．Ｂｅｔａｎｃｏｕｒｔ、Ｃ．Ｌ．Ｈａｒｌａｎｄ、「Ｎａｎｏｐｈａｓｅ  Ｐｒ  ａｎｄ  Ｎｄ／Ｐｒ  ｂａｓｅｄ  ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｉｒｏｎ−  ｂｏｒｏｎ  ａｌｌｏｙｓ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  １６ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２０００年、ｐｐ．４８５−４９５
【発明の開示】
【００２３】
本発明は磁気異方性の磁極の採用によって、等方性磁石の欠点であるエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘを概ね２倍以上に高めることで、径方向空隙型磁石モータのトルク密度の増加を図ると共に、同一形状において等方性磁石以下までコギングトルクを低減しようとするものである。
【００２４】
従来技術では、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが増加すると、異極間の機械角φｐに対する磁化ベクトル角Ｍθの変化Ｍθ／φｐが指数関数的に増加する傾向にあった。しかし、本発明の磁気異方性磁極のＭθ／φｐは、磁化ベクトル角Ｍθ、すなわち異方性の方向制御によって等方性磁石以下に抑制することができる。その結果、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが略２〜１０倍の磁気異方性磁極に拘わらず、径方向空隙型磁石モータのコギングトルクを増加させることなく、トルク密度を高めることができる。したがって、家電機器、空調機器、並びに情報機器などの各種駆動源として幅広く使用されている、概ね５０Ｗ以下の径方向空隙型磁石モータの省電力化、省資源化、小型化、並びに静音化の進展に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は径方向空隙型磁石モータにおいて、本発明は径方向空隙型磁石モータの固定子鉄心ティースの機械角φｔ、磁極の機械角φｐ、磁極の周方向接線に対する磁化ベクトルＭの角度をＭθとしたとき、φｔに対向する磁極中心領域の機械角φｐ＝φｔ領域のＭθを７５〜９０度、より好ましくは９０度で、その平均誤差を５度以内とし、且つ、周方向磁極端、すなわち異極間でのφｐ×０．１度の領域でＭθ／φｐ≦７の磁気異方性磁極とする。
【００２６】
上記のような磁気異方性磁極は、先ず図１Ａのように、磁極端に面内異方性に近い部分を機械的に付与した異形磁極を用意する。そして、図１Ａ−１Ｂ−１Ｃ−１Ｄ−１Ｅに示すようなパターンで円弧状の磁極とする。これにより、Ｍθ／φｐが７以下で、且つＭθとφｐの相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ磁極を調製できる。ただし、図１Ａから図１Ｅは磁極の中心から右半分の断面形状を表しており、図１ＡのＨθは、任意の位置での異形磁極の内外周切片に対する均質な外部磁界Ｈｅｘとなす角度である。このＨθは図１Ｅの任意の磁極表面の接線に対する磁気異方性の方向、すなわち、本発明の磁極の周方向接線に対する磁化ベクトル角Ｍθに対応する。
【００２７】
磁極の異方性方向制御を示す要部拡大図を図１Ｆに示す。
【００２８】
以上のような、磁気異方性希土類磁石材料と共に、本発明では少なくとも図１Ａから図１Ｅのように、磁極に塑性加工性を与え得るように調整した熱硬化性樹脂組成物を必須成分とする。なお、ここで言う塑性加工性とは、図２Ａ、２Ｂの概念図で示すように、熱硬化性樹脂組成物の成分の一部が絡み合う糸状の分子鎖として磁極中に介在し、熱と外力Ｆ−Ｆ’に応じてせん断流動、または伸長流動などの粘性変形を原理とするレオロジーによる。また、図１Ｅの変形後の円弧状磁極については、例えば、図３に示す熱硬化性樹脂組成物の成分を架橋反応により３次元網目構造化する。これにより磁極の耐熱性、耐久性を向上することができる。
【００２９】
図３はノボラック型エポキシオリゴマー、線状ポリアミド、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールからなる熱硬化性樹脂組成物であり、本発明にかかる磁極に塑性加工性を与え得るように調整した熱硬化性樹脂組成物の一例である。図３の例では線状ポリアミドが溶融状態のとき、絡み合う糸状の分子鎖として磁極中のマトリクスに一様に介在し、外力Ｆ−Ｆ’に応じてせん断流動、または伸長流動を引き起こすことで磁極の変形を担う。なお、図２Ａ、２Ｂに示す流動を与える熱硬化性樹脂組成物は、必ずしも図３に示すものだけに限定されない。
【００３０】
ところで、径方向空隙型磁石モータのトルク密度は、磁極が発生する静磁界Ｍｓ、すなわち、固定子鉄心と磁極との空隙磁束密度に比例する。仮に、同一寸法同一構造の磁極と固定子鉄心で形成した径方向空隙型磁石モータの空隙磁束密度は、磁極のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの比の平方根に概ね比例することから、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの水準が、概ね８０ｋＪ／ｍ３を上限とする等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂボンド磁石に対し、本発明にかかる磁極のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ値を１５０ｋＪ／ｍ３以上とすれば、略１．３６倍のトルク密度の増加が見込まれる。したがって、本発明にかかる磁極を形成する磁気異方性磁石はトルク密度を高めるという観点から、残留磁化Ｍｒ≧０．９５Ｔ、固有保磁力ＨｃＪ≧０．９ＭＡ／ｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３の磁気性能を有するものが望ましい。
【００３１】
上記のような、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０ｋＪ／ｍ３の磁気異方性磁極を得るにはエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ≧２７０ｋＪ／ｍ３の希土類磁石材料の磁極に占める体積分率を８０ｖｏｌ．％以上、磁極を磁化する均質な外部磁界Ｈθを２．４ＭＡ／ｍ以上とすることが望ましい。
【００３２】
本発明にかかる磁気異方性希土類磁石材料としては、単磁区粒子型の１−５型ＳｍＣｏ系希土類磁石微粉末、２相分離の２−１７型ＳｍＣｏ系希土類磁石粒子も一部、もしくは全量使用できる。しかし、資源バランスの観点から、希土類−鉄系希土類磁石材料が好ましい。例えば、Ａ．ＫａｗａｍｏｔｏらのＲＤ（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）−Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３希土類磁石微粉末（Ａ．Ｋａｗａｍｏｔｏ、Ｔ．Ｉｓｈｉｋａｗａ、Ｓ．Ｙａｓｕｄａ、Ｋ．Ｔａｋｅｙａ、Ｋ．Ｉｓｈｉｚａｋａ、Ｔ．Ｉｓｅｋｉ、Ｋ．Ｏｈｍｏｒｉ著、「ＳｍＦｅＮ  ｍａｇｎｅｔ  ｐｏｗｄｅｒ  ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．、３５、１９９９年、ｐ．３３２２参照）や、Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａらの希土類−鉄系合金の（Ｒ２［Ｆｅ，Ｃｏ］１４Ｂ）相の水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ，Ｒ２［Ｆｅ，Ｃｏ］１４ＢＨｘ）、６５０〜１０００°Ｃでの相分解（Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＲＨ２＋Ｆｅ＋Ｆｅ２Ｂ）、脱水素（Ｄｅｓｏｒｐｓｉｏｎ）、再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）で作製した所謂ＨＤＤＲ−Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子（Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａ  ａｎｄ  Ｒ．Ｎａｋａｙａｍａ著、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  ｍａｇｎｅｔ  ｐｏｗｄｅｒｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」、Ｐｒｏｃ．  １０ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、１９８９年、ｐｐ．５５１−５６２参照）を挙げることができる。
【００３３】
（実施例）
以下、本発明にかかる磁気異方性磁極、並びに８極１２スロットの径方向空隙型磁石モータを対象とした実施例により、更に詳しく説明する。ただし、本発明が本実施例に限定されるものではない。
【００３４】
先ず、図４は本発明にかかる密度６．０１Ｍｇ／ｍ３の異形磁極のマクロ構造を示す走査電子顕微鏡写真を示す図である。ただし、粒子径３〜５μｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが２９０ｋＪ／ｍ３の異方性Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系希土類磁石微粉末、並びに粒子径３８〜１５０μｍ、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが２７０ｋＪ／ｍ３の異方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子は、熱硬化性樹脂組成物とともに１６０℃の加熱下で、均質な外部磁界Ｈθを１．４ＭＡ／ｍとした配向磁界を印加し、２０〜５０ＭＰａの圧力で圧縮成形した磁気異方性の異形磁極であり、そのエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘは均質な外部磁界Ｈθを２．４ＭＡ／ｍとした磁化で１５５ｋＪ／ｍ３に達する。この磁極のマクロ構造の特徴はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石粒子をＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３系希土類磁石微粉末と熱硬化性樹脂組成物から成るマトリクス（連続相）で隔離した構造となっている点にある。また、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３およびＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類磁石材料が占める体積分率は８１ｖｏｌ．％である。
【００３５】
一方、熱硬化性樹脂組成物は図３に示したエポキシ当量２０５〜２２０ｇ／ｅｑ、融点７０−７６℃のノボラック型エポキシオリゴマー、融点８０℃、分子量４０００〜１２０００の線状ポリアミド、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールから成り、それらはゲル化に至らず、線状ポリアミドは熱で再溶融し、絡み合う糸状の分子鎖として磁極中に介在し、図２Ｂのような熱と外力の方向に応じてせん断流動、伸長流動を引き起こす。これにより、図１Ａ−１Ｂ−１Ｃ−１Ｄ−１Ｅに対応する粘性変形能を有している。
【００３６】
図５は、本発明にかかる上記マクロ構造を有する磁気異方性の異形磁極２種、並びにそれらを変形した円弧状磁気異方性磁極、すなわち変形前後の磁極を座標値で示した形状図である。ただし、図５中原点Ａは外周面の周方向中心であり、この図５では磁極断面の１／２を示している。
【００３７】
また、座標Ａ−Ｂ１−Ｃ１−Ｄで示した異形磁極を実施例１、座標Ａ−Ｂ２−Ｃ２−Ｄで示した異形磁極を実施例２、更に、座標Ａ−Ｂ’−Ｃ’−Ｄで示した円弧状磁極は変形後の磁極形状であり、実際の変形加工は座標Ａ−Ｂ’−Ｃ’−Ｄを有するキャビティに異形磁極を挿入し、大気中１３５℃、１ＭＰａ、加圧保持時間なしで行った。
【００３８】
ここで、図５に示す均質な外部磁界Ｈｅｘと異形磁極の任意の位置の接線に対する角度Ｈθは円弧状磁極の内外周の各接線に対する磁化ベクトルＭの角度Ｍθに相当する。すなわち、Ｈθ／φｐ≒Ｍθ／φｐである。
【００３９】
本実施例では、固定子鉄心ティースの機械角φｔ＝１４度、磁極の機械角φｐ＝４５度、磁極の周方向接線に対する磁化ベクトル角をＭθとしたとき、φｔに対向する磁極の機械角φｐ＝φｔ領域（１４度）のＭθを９０度とし、磁極端φｐ×０．１度（磁極の両端ともに４．５度）の領域でＭθ／φｐ≦７とし、前記Ｍθとφｐとが相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ精度とするために、異形磁極断片の内外周の接線に対する外部磁界Ｈｅｘとなす角度Ｈθは異形磁石外周Ａ−Ｂ１（Ｂ２）では０．３６５５ｍｍピッチ、内周Ｃ１（Ｃ２）−Ｄでは０．２８４５ｍｍピッチとし、径方向磁極中心で２分割した計９６の剛体の集合体として、各剛体が、それぞれ回転移動するとした非線形構造解析で異形磁極の形状を設定した。
【００４０】
次に、本発明にかかる変形後の円弧状磁極は大気中１７０℃、２０分の熱処理を施すことで線状ポリアミドを含む熱硬化性樹脂組成物を図３のように架橋した。ただし、図３は遊離エポキシ基を示しているが、これらは、全てイミダゾール類、或いは線状ポリアミドのアミノ活性水素、あるいは末端カルボキシル基などと反応させることが望ましい。
【００４１】
得られた、本発明にかかる円弧状磁極（２ｇ）は、外半径２０．４５ｍｍ、内半径１８．９５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍであり、ソレノイドコイルとパルス磁化電源を用い、２．４ＭＡ／ｍの均質な外部磁界Ｈθで磁化した。然る後、当該磁極を外径３７．９ｍｍの積層電磁鋼板の外周面に接着固定し、本発明にかかる実施例１、２の直径４０．９ｍｍ、軸方向長さ１４．５ｍｍ、８極磁石ロータとした。
【００４２】
表１は上記磁石ロータの９０度設定領域における磁化ベクトル角Ｍθの誤差平均、並びに、異極間の磁極の機械角φｐに対する磁化ベクトル角Ｍθの回帰直線の相関係数を示す。ただし、磁化ベクトル角Ｍθの測定は３次元ホールプローブを備えたベクトルテスラメータでφｐ１度当たりに２４ポイントのＭθを計測した結果である。表１から明らかなように、φｔに対向する磁極の機械角φｐ＝φｔ領域（１４度）のＭθを９０度としたとき、その誤差の平均値は５度以内であり、磁極端φｐ×０．１度（磁極の両端ともに４．５度）の領域でφｐとが相関係数０．９９以上の直線近似が成り立つ精度となっている。
【００４３】
また、表２は上記８極磁石ロータのφｐ＝３６０度、つまり全周にわたる磁化ベクトル角Ｍθの誤差を頻度と累積％で示している。表２から明らかなように、当該磁極を外径３７．９ｍｍの積層電磁鋼板の外周面に接着固定する組立精度を含めても設定角に対する誤差の９０％以上を５度以内とできる。
【００４４】
【表１】
2008065898.tif 000031
【００４５】
【表２】
2008065898.tif 000032
【００４６】
表３は異形磁極、円弧状磁極において、機械角φｐに対するＭθの設定値に対応する位置から採取した直径１ｍｍの円柱磁石から異方性の角度と、その程度を解析した結果を示す。先ず、円柱磁石の中心位置をφｐにおけるＭθ設定角としたとき、円柱試料の全方向で残留磁化Ｍｓが最大となる角度、すなわちφｐに対するＨθ、Ｍθを求めた。
【００４７】
一方、異方性の程度は異方性分散σを用いて評価した。ここで異方性分散σ、すなわち、磁化容易軸（Ｃ軸）分布の解析は回転磁化における全エネルギーＥ=Ｋｕ・ｓｉｎ2φ - Ｍｓ・Ｈ ・ ｃｏｓ (φ-φo)において、円柱磁石の全エネルギーＥを最小とする解、すなわち、(δＥ／δφ) = Ｋｕ・sin2 φ - Ｍｓ・Ｈ・sin (φ-φo) ＝０から、先ずφを決定し、Ｍ＝  Ｍｓ cos (φo - φ) からＭが最大になるＭ−Ｈ  ｌｏｏｐを試料振動型磁力計（ＶＳＭ）で測定する。更に、Ｋｕ sin2 φ -Ｍｓ・Ｈ・sin (φo - φ) = ０からφを求め、φの確率分布を適用して全体の配向状態、すなわち異方性分散σを求めた。ただし、φo は外部磁界の角度、φはＭｓが回転した角度、Ｍｓは自発磁気モーメント、Ｋｕは磁気異方性定数、Ｅは全エネルギーである。その結果、円柱磁石の中心位置をＭθ設定角としたとき、円柱試料の全方向で残留磁化Ｍｓが最大となる角度、すなわちφｐに対するＨθ、ＭθはＭθ設定値にほぼ等しく、異形磁石と円弧状磁石の異方性分散σの値は最大でも０．５であり、この水準は測定誤差を考慮すれば同等である。このことは、異形磁石から円弧状磁石とする過程で、それぞれの部位が回転移動する際に、異方性の程度、すなわちエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの劣化なしに、異方性の方向のみが変化していることを証明するものである。
【００４８】
【表３】
2008065898.tif 000033
【００４９】
つぎに、上記８極磁石ロータをティースの機械角φｔ＝１４度の固定子鉄心とともに、８極１２スロットの径方向空隙型磁石モータとした。
【００５０】
なお、一様な外部磁界Ｈｅｘの空間で直接外半径２０．４５ｍｍ、内半径１８．９５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍとした円弧状の磁気異方性磁極から作製した直径４０．９ｍｍ、軸方向長さ１４．５ｍｍ、８極磁石ロータを従来例１とした。
【００５１】
ところで、図６Ａ、図６Ｂは、磁極に占める希土類磁石材料の体積分率を８１ｖｏｌ．％とした、本発明にかかる磁気異方性磁極の２．４ＭＡ／ｍパルス着磁後のエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘを示す特性図である。
【００５２】
先ず、図６Ａは、異形磁極の成形温度とエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの関係を示す特性図である。本実施例では、成形温度１５０℃以上でエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが１５０ｋＪ／ｍ３を越える。加えて、変形後の磁極に含まれる線状ポリアミドを含む熱硬化性樹脂組成物を図３のように架橋するために、大気中１７０℃、２０分の高温暴露を行っても、例えば、磁極の残存空隙からの酸化反応で希土類磁石材料表面が組織変化を引き起こすことなく、≧１５０ｋＪ／ｍ３を維持することが了解される。
【００５３】
次に、図６Ｂは、成形温度を１６０℃とし、その後、１７０℃、２０分の熱処理を施した１５５ｋＪ／ｍ３の磁極の減磁曲線を、８０ｋＪ／ｍ３等方性磁石、１６ｋＪ／ｍ３極異方性磁石（磁化パターンは図４のように正弦波着磁した等方性磁石と同じ）と比較した特性図である。
【００５４】
８０ｋＪ／ｍ３等方性磁石（１６ｇ）はリング状で本発明例と同じく、外径３７．９ｍｍの積層電磁鋼板の外周面に接着固定して直径４０．９ｍｍ、軸方向長さ１４．５ｍｍとしたのち、着磁ヨークとパルス磁化電源を用いて正弦波着磁８極磁石ロータとした。また、前記ロータを８極１２スロットの径方向空隙型磁石モータに実装した（これを従来例２とする）。
【００５５】
更に、１６ｋＪ／ｍ３極異方性磁石（８３ｇ）は、直径５０．３ｍｍ、軸方向長さ２５ｍｍとしたのち着磁ヨークとパルス磁化電源を用いて正弦波着磁した８極磁石ロータとした。また、前記ロータを８極１２スロットの径方向空隙型磁石モータに実装した（これを従来例３とする）。
【００５６】
図７は、本発明にかかるエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘ＝１５５ｋＪ／ｍ３の磁気異方性磁極から作製した、実施例１の８極磁石ロータの径方向磁極中心の円周上に磁化ベクトルＭを矢印で示した特性図である。ただし、磁極の機械角φｐは４５度、磁化ベクトルＭは０．５度ピッチで示している。
【００５７】
上記、本発明にかかる磁気異方性の磁極は径方向にソレノイドコイルで２．４ＭＡ／ｍの一様な外部磁界Ｈｅｘで磁化している。なお、２．４ＭＡ／ｍ並びに４ＭＡ／ｍで磁化したとき磁極の残留磁化Ｍｒは０．９５Ｔ、保磁力ＨｃＪ＝０．９ＭＡ／ｍで同じ値であった。このことから、少なくとも２．４ＭＡ／ｍの着磁界Ｈｍで磁極は完全に磁化していると言える。このような、本発明にかかる磁気異方性の磁極は、着磁磁界Ｈｍの方向から異方性の方向（磁化容易軸）にずれが生じても、異方性の方向に沿って磁化されるため、図７の磁化ベクトルＭの方向は磁気異方性の方向を意味し、磁化ベクトル角Ｍθとすれば、Ｍθ／φｐは磁極の機械角φｐに対する磁気異方性の角度分布を意味する。
【００５８】
上記、実施例１の８極磁石ロータは、磁極中心（φｐ＝φｔ）の領域でＭθ＝７５〜９０度を満たしている。そこで、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で径方向磁極中心の円周上の接線に対する磁化ベクトルＭの角度Ｍθを機械角φｐに対して回帰分析すると、Ｍθ＝−６．４５７５φｐ＋２８９．７６なる一次式で示され、その相関係数は０．９９７５であった。ここで、直線の傾きＭθ／φｐは極性が異なる磁極間の機械角φｐに対する磁化ベクトル角Ｍθの方向変化の程度、すなわち、磁極の機械角φｐに対する磁気異方性の角度変化、換言すれば図２Ｂに示した非特許文献５の磁気異方性の不連続方向制御でなく、連続制御されていることを意味している。
【００５９】
図８Ａは、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で実施例１、２、及び従来例１、２、３についてＭθ／φｐを求め、それぞれの磁極のエネルギー密度に対してプロットした特性図である。ただし、図８Ａ中のＲ２は、それぞれの回帰分析におけるＭθ／φｐの相関係数である。また、図８Ｂは、Ｍθ／φｐと径方向空隙型磁石モータのコギングトルクとの関係を示す特性図である。
【００６０】
先ず、図８Ａから、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で極性が異なる磁極間の機械角φｐに対する、静磁界Ｍｓの方向変化の程度Ｍθ／φｐに着目する。従来例では、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加によってＭθ／φｐが指数関数的に増加する傾向を示している。しかしながら、本発明にかかる磁気異方性磁極のＭθ／φｐは、磁気異方性の連続方向制御によって従来例２（８０ｋＪ／ｍ３）、または従来例３（１６ｋＪ／ｍ３）と同等以下の値が得られている。
【００６１】
次に、図８Ｂに着目すると、径方向空隙型磁石モータのコギングトルクは、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で極性が異なる磁極間の機械角φに対する静磁界Ｍｓの方向変化の程度Ｍθ／φｐに強く依存することは明白である。すなわち、磁極の機械角φｐ（４５度）×０．１度の領域で極性が異なる磁極間の機械角φｐに対する磁化ベクトルＭの方向変化の程度Ｍθ／φｐを０．７以下とする。すると、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘが略２〜１０倍の磁気異方性磁極を実装した径方向空隙型磁石モータであるに拘わらず、図４に示した磁化パターンをもつ従来例２、３と同水準、或いはそれ以下までコギングトルクが低減できることが明らかになった。
【００６２】
なお、径方向空隙型磁気異方性磁石モータのトルク密度に比例する誘起電圧値は実施例１（１５５ｋＪ／ｍ３）の２４．１Ｖに対し、同一構造同一寸法の従来例１（１５５ｋＪ／ｍ３）は２５．１Ｖ、従来例２（８０ｋＪ／ｍ３）は１８Ｖであった。
【００６３】
以上のように、本発明にかかる実施例１は従来の磁気異方性磁極に対しトルク密度４％減、コギングトルク５０％減であり、正弦波着磁した従来例２（８０ｋＪ／ｍ３）に対しトルク密度３４％増、コギングトルク２１％減であった。すなわち、本発明によれば、エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘの増加により径方向空隙型磁気異方性磁石モータのコギングトルク増加を抑制しながら、トルク密度の増大が図れる。したがって当該モータの省電力化、省資源化、小型化、並びに静音化の進展が期待される。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
この発明に係るモータは、磁極端に非ラジアル磁気異方性領域を有し、低コギングトルク、高トルク密度を特徴とするモータに利用され、産業上の利用可能性は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１Ａ】磁極の異方性方向制御を示す第１の概念図
【図１Ｂ】磁極の異方性方向制御を示す第２の概念図
【図１Ｃ】磁極の異方性方向制御を示す第３の概念図
【図１Ｄ】磁極の異方性方向制御を示す第４の概念図
【図１Ｅ】磁極の異方性方向制御を示す第５の概念図
【図１Ｆ】磁極の異方性方向制御を示す要部拡大図
【図２Ａ】溶融高分子の外力による流動形態を示す第１の概念図
【図２Ｂ】溶融高分子の外力による流動形態を示す第２の概念図
【図３】磁極に塑性加工性を与える熱硬化性樹脂組成物の分子構造を示す模式図
【図４】磁気異方性磁極のマクロ構造を示す電子顕微鏡写真を示す図
【図５】磁極の異方性方向制御を座標値で示す形状図
【図６Ａ】磁極の成形温度とエネルギー密度を示す特性図
【図６Ｂ】減磁曲線の比較を示す特性図
【図７】磁極の機械角φｐと静磁界Ｍｓ方向の関係を示す特性図
【図８Ａ】エネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘとＭθ／φｐを示す特性図
【図８Ｂ】Ｍθ／φｐとコギングトルクの関係を示す特性図
【図９Ａ】磁石形状によるコギングトルク低減法を示す第１の概念図
【図９Ｂ】磁石形状によるコギングトルク低減法を示す第２の概念図
【図９Ｃ】磁石形状によるコギングトルク低減法を示す第３の概念図
【図１０Ａ】磁化方向の不連続制御によるコギングトルク低減法を示す第１の概念図
【図１０Ｂ】磁化方向の不連続制御によるコギングトルク低減法を示す第２の概念図
【図１０Ｃ】磁化方向の不連続制御によるコギングトルク低減法を示す第３の概念図
【図１０Ｄ】磁化方向の不連続制御によるコギングトルク低減法を示す第４の概念図
【図１１】磁化方向を異にする磁極断片の数とコギングトルクの関係を示す特性図
【図１２】等方性磁石の磁化パターンを示す概念図
【符号の説明】
【００６６】
φｔ    固定子鉄心ティースの機械角
φｐ    磁極の機械角
Ｍｓ    静磁界
Ｍ      磁化ベクトル
Ｍθ    磁化ベクトルの角度
Ｈｅｘ  外部磁界
Ｈθ    外部磁界の角度
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2008065898.tif 000034
【図１Ｂ】
2008065898.tif 000035
【図１Ｃ】
2008065898.tif 000036
【図１Ｄ】
2008065898.tif 000037
【図１Ｅ】
2008065898.tif 000038
【図１Ｆ】
2008065898.tif 000039
【図２Ａ】
2008065898.tif 000040
【図２Ｂ】
2008065898.tif 000041
【図３】
2008065898.tif 000042
【図５】
2008065898.tif 000043
【図６Ａ】
2008065898.tif 000044
【図６Ｂ】
2008065898.tif 000045
【図７】
2008065898.tif 000046
【図８Ａ】
2008065898.tif 000047
【図８Ｂ】
2008065898.tif 000048
【図９Ａ】
2008065898.tif 000049
【図９Ｂ】
2008065898.tif 000050
【図９Ｃ】
2008065898.tif 000051
【図１０Ａ】
2008065898.tif 000052
【図１０Ｂ】
2008065898.tif 000053
【図１０Ｃ】
2008065898.tif 000054
【図１０Ｄ】
2008065898.tif 000055
【図１１】
2008065898.tif 000056
【図１２】
2008065898.tif 000057
【図４】
2008065898.tif 000058
【国際調査報告】
2008065898.tif 000059
2008065898.tif 000060
2008065898.tif 000061
2008065898.tif 000062
2008065898.tif 000063
2008065898.tif 000064
2008065898.tif 000065