(57)【要約】【課題】  回転方向の磁化分布の歪を低減すると共にコギングトルクを低減できる強力な磁力を有する希土類等のリング型磁石を製造する。【解決手段】  複数のアーチ形状部材８１〜８４で構成されるリング状のダイス８０と、複数のアーチ形状部材８１〜８４を径方向に移動して加圧保持するシリンダ８１Ａ〜８４Ａと、ダイス８０の下部を閉塞する下パンチ９１と、ダイス８０と下パンチ９１で形成されるキャビティ９０に供給した磁石素材１１８を加圧する上パンチ９２を備え、ダイス８０の内周面の軸に垂直な断面形状が軸方向の位置により変化する部分を有する装置を使用して、リング型磁石を押し出し成形した後、アーチ形状部材８１〜８４を径方向外側へ移動し、リング型磁石を取り出す。【選択図】        図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石素材に塑性変形加工を施して異方化したリング型磁石において、
少なくともリング軸方向の一部領域においてリング外径の円周方向に周期的な凹凸形状が形成され、上記凹凸形状が軸方向の位置により変化すると共に、上記リング型磁石の磁極が上記凹凸形状に沿って形成され、上記磁極の境界が上記凹部に設けられていることを特徴とするリング型磁石。
【請求項２】
上記凹凸形状は、軸方向において回転して斜めに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリング型磁石。
【請求項３】
上記凹凸形状の軸方向の回転角が、軸方向中心位置に対して対称に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のリング型磁石。
【請求項４】
上記リング軸に垂直な断面形状の凸部を、上記リング軸を中心とした円の一部で構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリング型磁石。
【請求項５】
上記リング軸方向の位置によって上記凹部の形が変化しており、軸方向の位置に従って上記凹部の幅又は深さが連続的に変化していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリング型磁石。
【請求項６】
上記凹部の幅又は深さの変化形状が、軸方向中心位置に対して対称に構成されていることを特徴とする請求項５に記載のリング型磁石。
【請求項７】
上記凹部の周方向幅における中心位置が、リング軸方向の位置に従って回転して斜めに形成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のリング型磁石。
【請求項８】
上記リング軸方向の端部において、リング外周が円であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のリング型磁石。
【請求項９】
上記凹部の周方向幅における中心位置がリング軸方向の位置に従って回転しており、リング軸の位置変化量に対する上記回転角度の割合が軸方向の両端の領域で小さくなっていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のリング型磁石。
【請求項１０】
複数のアーチ形状部材で構成されるリング状のダイスと、上記ダイスの下部を閉塞する下パンチと、上記ダイスと上記下パンチで形成されるキャビティに供給される磁石素材を軸方向から加圧する上パンチとを備え、上記ダイスの内周面の軸に垂直な断面形状が軸方向の位置により変化する部分を有することを特徴とするリング型磁石の製造装置。
【請求項１１】
上記アーチ形状部材をリング径方向に移動させる移動機構を備えたことを特徴とする請求項１０に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項１２】
上記ダイス内周面の円周方向に周期的な凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項１３】
上記凹凸形状は、軸方向において回転して斜めに形成（スキュー）されていることを特徴とする請求項１２に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項１４】
上記凹凸形状の軸方向の回転角が、軸方向中心位置に対して対称に形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のリング型磁石。
【請求項１５】
上記軸方向に回転して斜めに形成（スキュー）された凹凸形状において、軸方向両端の回転角（スキュー角）が軸方向中央部の回転角（スキュー角）より小さいことを特徴とする請求項１３に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項１６】
上記凹凸形状における凸部の幅又は高さが、軸方向の位置に従って連続的に変化していることを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項１７】
上記凹凸形状における凸部の幅又は高さが、軸方向両端付近より軸方向中央付近で大きくなっていることを特徴とする請求項１６に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項１８】
上記凹凸形状における凸部の幅又は高さが、軸方向両端付近より軸方向中央付近で小さくなっていることを特徴とする請求項１６に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項１９】
上記凸部の幅又は高さの変化形状が、軸方向中心位置に対して対称に形成されていることを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項２０】
上記ダイス内周面の軸方向両端部の断面形状が円であることを特徴とする請求項１０から請求項１９のいずれか１項に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項２１】
希土類磁石材料の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末を加熱した状態で圧縮成形した磁石素材を塑性変形加工を施して異方化したリング型磁石の製造方法において、
複数のアーチ形状部材で構成されるリング状のダイスと、上記ダイスの下部を閉塞する下パンチと、上記ダイスと上記下パンチで形成されるキャビティに供給される上記磁石素材を軸方向から加圧する上パンチとを備え、上記ダイスの内周面の軸に垂直な断面形状が軸方向の位置により変化する部分を有する装置を用いて、上記キャビティに供給された上記磁石素材を上記上パンチにより押出成形してリング型磁石成形体を成形した後、上記上パンチを引き離すとともに上記アーチ形状部材を径方向外側へ移動することにより上記リング型磁石成形体を取り出すことを特徴とするリング型磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は小型モータ等に用いられるラジアル異方性のリング型磁石及び製造装置並びに製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を用いる小型モータにおいてラジアル異方性のリング型磁石が多く使用されている。ラジアル異方性のリング型磁石の場合、着磁波形は矩形波になるため、モータのコギングトルクが大きいといった問題があった。
【０００３】
従来、コギングトルクの低減のためにリング型磁石にスキュー着磁を施し、着磁波形の歪を小さくする方法が一般に用いられているが、サーボモータ等のように非常に低いコギングトルクが要求される場合には、十分な効果が得られていない。
【０００４】
そのため、従来、例えば特許文献１又は特許文献２に示すように、リング磁石の外周に凹凸を形成し、かつ凹凸部を軸方向にスキューする方法があった。この方法によると、回転方向の磁化分布の歪を低減すると共に、スキューによりさらにコギングトルクを低減することができる。
【０００５】
また、例えば特許文献３に示すように、ラジアル方向に異方性を有する永久磁石において、内周又は外周のいずれか一方又は両方に２箇所以上の凹又は凸を設けた金型を使用し、射出成形法により製造するものがあった。
【０００６】
また、特許文献４には、母材合金の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末をホットプレスして等方磁性の素材とし、その素材に塑性変形加工（押し出し成形）を施して異方化したリング型磁石の製造方法（この方法で製造される磁石を超急冷磁石と言う）が開示されている、この場合も得られるリング型磁石はラジアル異方性であり、上記と同様にコギングトルクが大きいといった問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−３５９３３号公報（図３、段落［００２８］〜［００２９］、［００３７］）
【特許文献２】特開２００１−２１１５８１号公報（請求項１、図１）
【特許文献３】特開昭６０−１２４８１２号公報（請求項１）
【特許文献４】特開平２−２７２７１２号公報（請求項１、図１〜５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１〜３に示されたリング型磁石は、磁性粉末を熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を結合剤として成形したものであり、ボンド磁石と呼ばれている。このボンド磁石は磁力が弱く、小型で出力の大きなモータへ適用ができない。例えば、希土類ボンド磁石の場合、最大エネルギー積は１０〜２５ＭＧＯｅ程度で、ネオジム系焼結磁石、ネオジム系超急冷磁石の４０ＭＧＯｅと比べると磁力が弱く、強力な磁力が要求されるサーボモータ等には適用できない。
【０００９】
また、特許文献１で示すように、特殊な押出成形機で成形して製造する必要がある。この方法によると、成形時に磁界を印加して材料中の磁性粉末の異方化による磁力向上を行う手法が適用できないため、本来磁力の弱い樹脂磁石の磁力がさらに低くなってしまう問題がある。
【００１０】
さらに、上記のような樹脂磁石の押出成形機においては、磁極を軸方向に斜めに回転させて形成している形状に限定される。しかしながら、モータ用のリング型磁石では、軸方向において磁石自身の磁気特性は必ずしも一様でないこと、リング型磁石からステータへの磁束の流れやすさであるパーミアンスが軸方向に異なること、ステータの飽和の状況が軸方向に異なることから、さらに磁石の形状を軸方向に変える必要がある。
【００１１】
特許文献４で示された押し出し成形では、配向磁場を用いずラジアル異方性のリング磁石を製造することができるが、ラジアル異方性であるためにコギングトルクが大きい問題がある。
【００１２】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、強力な磁力を有する希土類等のリング型超急冷磁石及びそのリング型超急冷磁石を製造するための装置並びに方法であって、リング型磁石の形状を軸方向に変化させることができ、回転方向の磁化分布の歪を低減すると共にコギングトルクを低減できるようにする。
【００１３】
例えば、リング型磁石の外周の円周方向に凹凸部を設け、その凹凸部を軸方向にスキューすることにより、回転方向の磁化分布の歪を低減した上でさらにコギングトルクを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係るリング型磁石は、磁石素材に塑性変形加工を施して異方化したリング型磁石において、少なくともリング軸方向の一部領域においてリング外径の円周方向に周期的な凹凸形状が形成され、凹凸形状が軸方向の位置により変化すると共に、リング型磁石の磁極が凹凸形状に沿って形成され、磁極の境界が凹部に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るリング型磁石の製造装置は、複数のアーチ形状部材で構成されるリング状のダイスと、ダイスの下部を閉塞する下パンチと、ダイスと下パンチで形成されるキャビティに供給される磁石素材を軸方向から加圧する上パンチとを備え、ダイスの内周面の軸に垂直な断面形状が軸方向の位置により変化する部分を有することを特徴とする。
【００１６】
この発明に係るリング型磁石の製造方法は、希土類磁石材料の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末を加熱した状態で圧縮成形した磁石素材を塑性変形加工を施して異方化したリング型磁石の製造方法において、複数のアーチ形状部材で構成されるリング状のダイスと、ダイスの下部を閉塞する下パンチと、ダイスと下パンチで形成されるキャビティに供給される磁石素材を軸方向から加圧する上パンチとを備え、ダイスの内周面の軸に垂直な断面形状が軸方向の位置により変化する部分を有する装置を用いて、キャビティに供給された磁石素材を上パンチにより押出成形してリング型磁石成形体を成形した後、上パンチを引き離すとともにアーチ形状部材を径方向外側へ移動することによりリング型磁石成形体を取り出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この発明のリング型磁石によれば、リング軸方向の磁束量のバラツキを少なくする等、磁石の起磁力分布を精度よく制御できるので、コギングトルク等のトルクムラを低減することができる。その結果、モータに組み付けた際、モータとして有効な磁束の量を増すことができ、トルクアップやモータ電流を少なくして銅損低減による効率向上でき、出力の大きなモータが得られる。
【００１８】
この発明のリング型磁石の製造装置及び製造方法によれば、複数のアーチ状部材で構成されるリング状のダイスを用いて成形することにより、圧縮成形後に径方向に分割されたダイスのアーチ形状部材を、例えば凹凸形状の山と谷の寸法差以上のストローク外側へ移動することで、ダイスの凹凸形状とリング型磁石成形体の凹凸形状の間に隙間を作り、容易に欠損なくリング型磁石成形体を金型から抜き出すことができる。この時、リング型磁石成形体内の圧力（内部応力）が均一に開放されるので、リング型磁石成形体にクラックなどの不良が発生し難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１により製造されたリング型磁石を示す斜視図である。本実施の形態によるリング型磁石１０は、下記に詳しく説明するように、希土類磁石合金の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末を加熱した状態で圧縮成形した磁石素材を所定条件の下に塑性変形加工を施して異方化した超急冷磁石である。リング型磁石１０のリング外径は凹部１１及び凸部１２を有する凹凸形状となっている。この凹部１１及び凸部１２は、リング型磁石１０の外径円周方向に周期的に形成されている。図１のリング型磁石では、凹部１１及び凸部１２がそれぞれ８個ずつ所定角度間隔（４５度間隔）で設けられている。
【００２０】
上記凹凸形状は、リング型磁石１０の軸方向に対して所定角度回転して斜めに形成されている。また、リング型磁石１０の磁極は、上記凹凸形状に沿って軸方向に所定角度回転して斜めに形成され、一般にスキュー着磁が施されている。さらに、磁極（図１のリング型磁石では８極）の境界は、凹部１１に設けられている。
【００２１】
次に、図１のリング型磁石を製造するための製造装置及び製造方法について説明する。まず、本発明の永久磁石材料は、希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料からなり、少量の添加物を添加したものを原料として用いる。さらに詳しくは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で代表されるＲ−Ｆｅ−Ｂ系（ＲはＬａ系の希土類元素）磁石材料に、少量のＣｏ等磁石特性を向上させるための物質や、Ｎｉ、Ａｌ等の耐食性、耐熱性、加工性を改善するための物質を含有させたものを原料として用いる。そして、これらの原料を真空中で溶解し、その溶湯を超急冷して薄帯を製作する。さらに、これら薄帯を２００〜３００μｍ程度の大きさに粗粉砕して得られた粉末を、真空中またはアルゴンガス等の不活性ガス中で約８００℃に加熱した状態で金型を用いて圧縮成形することにより中実円柱状又は中空円筒形状の磁石素材を作成する。
【００２２】
図２２は上記圧縮成形工程により中実円柱状の磁石素材を作成する工程を示し、図２３は同じく上記圧縮成形工程により中空円筒形状の磁石素材を作成する工程を示している。図２２に示す成形装置は、ダイス１１０、下パンチ１１２、上パンチ１１４から構成される。円柱状の磁石素材１１８を製造するためには、図２２（ａ）に示すように磁石粉末１１６をダイス１１０と下パンチ１１２とで形成された空間内に充填し、図２２（ｂ）に示すように所定の条件の下で上パンチ１１４を下降させて磁石粉末１１６を圧縮成形することにより、円柱状の磁石素材１１８を得る。当該加圧力は１５０ＭＰａ程度が望ましい。また、図２３の成形装置は、ダイス１１０、コア１２２、円筒状の下パンチ１２４、同じく円筒状の上パンチ１２６から構成される。中空円筒状の磁石素材１２０を形成するためには、図２３（ａ）に示すように磁石粉末１１６をダイス１１０とコア１２２及び下パンチ１２４とで形成された空間内に充填し、図２３（ｂ）に示すように所定の条件の下で上パンチ１２６を下降させて磁石粉末１１６を圧縮成形することにより、中空円筒状の磁石素材１２０を得る。
【００２３】
次に、上記のようにして得られた中実円柱状又は中空円筒状の磁石素材１１８，１２０を、図１のように外周に周期的な凹凸形状が形成され、その凹凸形状が軸方向にスキューしているリング型磁石を押し出し成形により製造する方法について説明する。
【００２４】
図１４及び図１５はリング型磁石の製造に使用するダイスの斜視図である。図に示すように、本実施の形態のダイス８０は、４個のアーチ形状部材８１、８２、８３、８４を組み合わせて構成されている。アーチ形状部材８１〜８４を組み合わせた状態でのダイス８０の内周面（キャビティの外周部）には、８個の凹部８０ａ及び凸部８０ｂからなる凹凸形状が周期的に（４５度ピッチで）形成されている。また、当該凹凸形状は軸方向に回転して斜めに形成（スキュー）されている。
【００２５】
上記ダイス８０を用いたリング型磁石の成形プロセスについて説明する。図１６〜図１８はリング型磁石の成形プロセスを示す模式図であり、図では明瞭化のため、１個のアーチ形状部材８２の記述を省略して、ダイス内部の状況がわかるよう記載している。また、図１６〜図１８において、ダイス８０のアーチ形状部材８１，８２，８３，８４の外周部には、それぞれのアーチ形状部材をリング径方向に移動するためのシリンダ８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａが取付けられている。
【００２６】
まず、図１６はリング型磁石の成形開始前の状態を示しており、４個のアーチ形状部材８１，８２，８３，８４がそれぞれシリンダ８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａにより軸中心方向に押し付けられ、リング状のダイス８０が形成されている。そして、このリング状のダイス８０と下パンチ９１により形成されたキャビティ９０に、中実円柱状の磁石素材１１８が搭載される。磁石素材１１８の上部に図示されているのが磁石素材１１８を加圧するための上パンチ９２である。ここで、図示されている金型装置は８００℃程度に加熱され、真空中またはアルゴンガス等の不活性雰囲気中に設置されている。なお、アーチ形状部材８１，８２，８３，８４を径方向に移動するシリンダ８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａは図示していない方法で冷却されている。
【００２７】
次に、図１７に示すように、上パンチ９２を下降し、磁石素材１１８を３００ＭＰａ程度の圧力で加圧しながら塑性変形させる。この時、成形時の内圧（３００ＭＰａ程度）に打ち勝つ力でアーチ形状部材８１，８２，８３，８４はシリンダ８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａによって中心軸方向に押し付けられている。そのため、成形時の内圧によってアーチ形状部材８１，８２，８３，８４が径方向の外側に移動してしまい、リング型磁石の外周面にバリが発生するといった不良は起こらない。
【００２８】
そして、図１８に示すように、上パンチ９２を引き上げ後、アーチ形状部材８１，８２，８３，８４を径方向の外側へ移動させることで、金型装置からリング型磁石成形体９５を割れ、欠け等の不良なく、取り出すことができる。また、リング型磁石成形体の取り出し時には、上パンチ９２を引き上げるのと同時にアーチ形状部８１、８２、８３、８４を径方向の外側へ移動させてもよいし、先にアーチ形状部８１、８２、８３、８４を径方向の外側へ移動後に、上パンチ９２を引き上げてもよい。取り出されたリング型磁石成形体９５の概観図（一部断面）を図１９に示す。底付形状のリング型磁石成形体９５の底部および必要に応じて上端部を後加工により取り去ると、図１に示すリング型磁石が得られる。なお、図２４〜図２６は上記の図１６〜図１８の工程の２次元の断面概略図を示す。
【００２９】
図１９のリング型磁石成形体９５の上下端面部を加工した後のリング型磁石１０（図１参照）の軸長は３８ｍｍ、内径は２８ｍｍ、外径部の最大径（凸部１１の外径）は３４ｍｍ、最小径（凹部１２の外径）は３２．５ｍｍであり、凹凸部を繋ぐ外周は正弦波状の形状になっている。スキュー角は１９度（０．５度／１ｍｍ：軸長１ｍｍに対して凹凸形状が０．５度ねじれている）である。凹凸形状は周方向に４５度間隔で形成され、リング１周で８周期の凹凸部が形成されている。なお、ダイス８０の内面には上記と同じ凹凸形状が形成されている。
【００３０】
このようにして得られたリング型磁石１０を、図２０のように強磁性体のシャフト２０００に接着した後、リング型磁石１０の外周の凸形状の中心（稜線）と磁極中心位置が一致するように８極にラジアル配向スキュー着磁する。スキュー着磁したリング型磁石の外周の磁束密度分布を測定した結果を図２１に示す。参考のため、従来の外周が円形のラジアル異方性リング磁石を着磁後、外周の密度分布を測定した結果も併記した。
【００３１】
図２１において明らかな通り、従来のラジアル異方性リング磁石の場合、矩形に近い着磁波形となっているが、本実施の形態のリング型磁石の場合、歪の少ない正弦波に近い着磁波形が得られていた。両者をモータに組み付け後にコギングトルクを測定した結果、本実施の形態のリング型磁石を用いた場合、従来のラジアル異方性リング磁石を用いた場合の１／３以下にコギングトルクを低減できることがわかった。
【００３２】
上記リング型磁石の成形プロセスの説明では、中実円柱状の磁石素材１１８の成形方法を説明したが、中空円筒状の磁石素材１２０の成形方法も同様に実施できる。中実円柱状の磁石素材１１８の成形方法の図１６及び図２４に相当する、中空円筒状の磁石素材１２０の成形方法を図２７及び図２８に示す。リング型磁石成形体９５の成形において、ラジアル方向に十分な磁気異方性を生じさせるためには押出成形時の減面率が小さいほうが望ましい。したがって、中実円柱状の磁石素材１１８よりも中空円筒状の磁石素材１２０を押出成形した方が磁気異方性を確保する点において有利である。
【００３３】
また、上記実施の形態では、図１４及び図１５に示すアーチ形状部材８１，８２，８３，８４に分割されたダイス８０を用いて、外周に周期的な凹凸形状があり、それが軸方向にスキューしているリング型磁石１０の製造方法を示したが、スキュー角が小さい場合には、図２９〜図３１に示すように、中空円筒形状の一体型ダイス８５を用いた押出成形によりリング型磁石１０を製造することができる。スキュー角が小さい場合には、ダイス８５からリング型磁石１０を抜き出すときの抵抗が小さくなるため、下パンチ９１を回転させながら持ち上げることで、ダイス８５からリング型磁石１０を破損なく抜き出すことができる。
【００３４】
また、図３２〜図３４に示すように、軸長の短い一体型ダイス８６を用いると、上パンチ９２による加圧完了時にはリング型磁石成形体９５の１部がダイス８６から飛び出した状態になっている。この状態で下パンチ９１を回転させながらリング型磁石成形体９５をダイス８５から抜き出すと、仮に成形完了時にダイス８６内にあるリング型磁石成形体９５の下部が抜き出し時に破損しても、成形完了時にダイス９５から飛び出していた部分は、製品として用いることができる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によるリング型磁石１０は、希土類磁石材料で構成されているので、強い磁力があり、モータの高い出力が得られる。さらに、回転方向の磁石の起磁力分布を正弦波に近づけることができ、高調波歪みを低減することができる。この高調波歪み成分は、磁石をモータに組んだ時にモータのトルクムラであるコギングトルクの要因となる。そのため、この高調波歪成分を低減することでコギングトルクを低減することができる。また、磁極を凹凸形状に沿って斜めに形成することによるコギングトルク低減効果も合わせることで、より小さなコギングトルクのモータを実現できる。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、Ｎ極とＳ極の境界は凹部１１にある。極間はステータの発生する強い逆磁界が加わりやすく、磁石は減磁しやすいが、最も減磁しやすい部分に磁石はなく、減磁による特性変化が少ないといった特長も得られる。
【００３７】
また、本実施の形態によるリング型磁石の製造装置及び製造方法によれば、複数のアーチ状部材８１〜８４で構成されるリング状のダイス８０を用いて成形することにより、圧縮成形後に径方向に分割されたダイス８０のアーチ形状部材８１〜８４を、例えば凹凸形状の山と谷の寸法差以上のストローク外側へ移動することで、ダイス８０の凹凸形状とリング型磁石成形体９５の凹凸形状の間に隙間を作り、容易に欠損なくリング型磁石成形体９５を金型から抜き出すことができる。この時、リング型磁石成形体内の圧力（内部応力）が均一に開放されるので、リング型磁石成形体９５にクラックなどの不良が発生し難い。
【００３８】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２によるリング型磁石を示す斜視図である。本実施の形態のリング型磁石２０は、実施の形態１と同様、希土類磁石合金の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末を加熱した状態で圧縮成形した磁石素材を所定条件の下に塑性変形加工を施して異方化した超急冷磁石である。そして、リング型磁石２０のリング外径は凹部２１、凸部２２を有する凹凸形状となっている。その凹凸形状は軸方向に対して所定角度回転して斜めに形成されている。
【００３９】
また、リング型磁石２０の磁極は、凹凸形状に沿って軸方向に所定角度回転して斜めに形成される。磁極の境界は凹部２１に設ける。さらにリング外周の凸部２２は、リング内径の中心つまり回転軸中心と同じ中心を有する円の一部（円弧）２３で構成されている。
【００４０】
リング外径の凸部における最外周までの中心からの距離は、凸部毎に異なることがおきる。本実施の形態では、全ての凸部２２を研削加工や放電加工により、回転軸の中心と同軸の円にすることで、凸部２２の内径の中心からの距離を一定にできる。
【００４１】
そのため、本実施の形態のリング型磁石２０をシャフトに固定し、ステータと組み合わせモータとして組立てた時に、磁石２０の最外周はシャフトの回転中心と同軸の円となるため、ステータと磁石の凸部の間隔を狭くするとともに一定にできる。
【００４２】
その結果、ステータと磁石２０の間を流れる磁束の抵抗となるギャップが一様になり、ステータに流れこむ磁束量の磁極毎のばらつきを低減できる。磁極毎の磁束のばらつきは、コギングトルクの要因となるため、コギングトルクを低減できる効果が得られる。
【００４３】
凸部２２における円の一部（円弧）２３となる円周方向の範囲は、軸中心に対する角度の割合として２０〜８０％程度がよい。
【００４４】
１つの磁極において、その回転方向の両端の１/５ずつに凹部２１を設けることにより、起磁力分布における５次高調波成分を低減できる。また１つの磁極において、その回転方向の両側１/７ずつに凹部２１を設けることにより、起磁力分布の７次高調波成分を低減できる。
【００４５】
５次、７次の高調波成分とは、リング型磁石の起磁力の回転方向分布において、Ｎ極、Ｓ極の繰返し成分である基本波に対して、繰返し回数がそれぞれ５倍、７倍の成分である。そしてこの５次、７次高調波成分は、磁石に起因するコギングトルクやトルクリップルの主な原因となる。
【００４６】
コギングトルクの要因となる５次高調波成分を低減するには、１つの磁極において、軸を中心とする角度で、磁極の両端の２箇所に１/５以上の凹部が存在すればよい。同様に、コギングトルクの要因となる７次高調波成分を低減するには、磁極の両端の２箇所に１/７以上の凹部が存在すればよい。
【００４７】
また、凹部２２を除いた円の部分２３は、磁極の５／７以下であれば７次高調波に効果があり、３／５以下であれば、５次高調波、７次高調波に効果がある。すなわち、少なくとも５／７（７１％）以下であればよい。
【００４８】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３に係るリング型磁石を示す斜視図である。本実施の形態のリング型磁石３０は、実施の形態１と同様、希土類磁石合金の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末を加熱した状態で圧縮成形した磁石素材を所定条件の下に塑性変形加工を施して異方化した超急冷磁石である。そして、図３のリング型磁石３０は、リング外周に周期的な凹凸形状を有するとともに、リング凸部にはリング内径の中心（リング軸中心）と同軸の円弧形状部３２を形成している。また、リング型磁石３０の軸方向の両端ほど、凹部３１の幅が狭くかつ深さが浅くなっており、軸方向の中央ほど、凹部３１の幅が広くかつ深さが深くなっている。さらに、磁極（図３のリング型磁石では８極）の境界は、凹部３１に設けられている。
【００４９】
図３のリング型磁石３０は、実施の形態１と同じ製造装置及び製造方法により製造することができる。リング型磁石の押出成形時に使用されるダイスの内周面には、周期的な凹凸形状が形成され、凹部にはダイス内径の中心（軸中心）と同軸の円弧形状部が形成されている。また、ダイス内周面の軸方向の両端ほど、凸部の幅が狭くかつ高さが低くなっており、軸方向の中央ほど、凸部の幅が広くかつ高さが高くなっている。
【００５０】
本実施の形態によるリング型磁石３０において、凹部３１の形状は例えば楕円の一部をなし、軸方向の位置が中央から両端に行くに従い、その楕円の長径、短径が比例して小さくなる。また、円周方向（回転方向）において、凹部３１の占有する割合は８０％から２０％、深さが磁石厚さの８０％から２０％変化する形状である。起磁力分布における正弦波の基本波に対する５次、７次の高調波は、それぞれ矩形波（凹凸のないリング型磁石）の場合の４５％、６０％以下に低減できる。そのために、コギングトルクの発生要因である起磁力分布の歪みに相当する高調波を低減でき、コギングトルクを低減できる。
【００５１】
また、図３のリング型磁石３０の場合、円弧形状部３２でない領域における外周の凹部３１は深い溝となっている。そのため、凹部３１の形状精度が悪く、深さにばらつきがあっても、起磁力の軸方向分布の積算量は正弦波に精度良く近づけることができるため、大きなコギングトルクの低減効果を得ることができる。
【００５２】
図３のリング型磁石３０では、軸方向の中央に対して両端部方向に対称に凹部が設けられた例を示した。この場合、リング型磁石の重心のバランスがよくなり、音や振動が軽減される効果がある。
【００５３】
しかしながら、軸方向中央に対称でなく、例えば、凹部３１の幅が軸方向の一端部で広く、他端部で狭い等の形状においても、コギングトルクの低減に関して同様の効果を得ることができる。
【００５４】
図４はこの発明の実施の形態３に係るリング型磁石の他の形状を示す斜視図である。図４のリング型磁石４０は、軸方向の両端ほど凹部４１の幅が広くかつ深さが深くなっており、軸方向の中央ほど凹部４１の幅が狭くかつ深さが浅くなっている。例えば、凹部４１の形状は楕円の一部であり、軸方向の位置が中央から両端に行くに従い、楕円の長径、短径が比例して長くなっている。図４のリング型磁石の形状でも、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
図４のリング型磁石４０は、実施の形態１と同じ製造装置及び製造方法により製造することができる。リング型磁石の押出成形時に使用されるダイスの内周面には、周期的な凹凸形状が形成され、凹部にはダイス内径の中心（軸中心）と同軸の円弧形状部が形成されている。また、ダイス内周面の軸方向の両端ほど、凸部の幅が広くかつ高さが高くなっており、軸方向の中央ほど、凸部の幅が狭くかつ高さが低くなっている。
【００５６】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４に係るリング型磁石を示す斜視図である。本実施の形態のリング型磁石５０は、実施の形態１と同様、希土類磁石合金の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末を加熱した状態で圧縮成形した磁石素材を所定条件の下に塑性変形加工を施して異方化した超急冷磁石である。図５のリング型磁石５０は、リング外周に周期的な凹凸形状を有するとともに、リング凸部にはリング軸の中心と同軸の円弧形状部５２を形成している。実施の形態３（図３）と同様に軸に垂直な断面は軸の位置により異なる。軸に垂直方向の断面の凹凸形状は図３と同様な形状であるが、さらに、その凹凸形状が軸方向に対して回転して斜めに構成されている。また、磁極の境界は、凹部５１に沿って斜めにスキュー着磁されている。
【００５７】
図５のリング型磁石５０は、実施の形態１と同じ製造装置及び製造方法により製造することができる。リング型磁石の押出成形時に使用されるダイスの内周面には、周期的な凹凸形状が形成され、凹部にはダイス内径の中心（軸中心）と同軸の円弧形状部が形成されている。また、ダイス内周面の軸方向の両端ほど、凸部の幅が狭くかつ高さが低くなっており、軸方向の中央ほど、凸部の幅が広くかつ高さが高くなっている。さらに、その凹凸形状が軸方向に対して回転して斜めに構成されている。
【００５８】
図５のリング型磁石５０によれば、起磁力分布の歪を少なくするとともに、磁極をスキューする効果によって、当該磁石をモータに適用した時のコギングトルク、トルクリップル、トルクムラを低減することができる。スキューの回転角は、本実施の形態の磁石の場合、１５°あるいは１８°において効果を得ることができ、通常のリング型磁石に比べ１／３以下にコギングトルクを低減できる。
【００５９】
図６はこの発明の実施の形態４に係るリング型磁石の他の形状の例を示す。図６のリング型磁石６０は、リング外周に周期的な凹凸形状を有するとともに、リング凸部にはリング軸の中心と同軸の円弧形状部６２を形成している。また、実施の形態３（図４）と同様に軸に垂直な断面は軸の位置により異なる。軸に垂直方向の断面の凹凸形状は図４と同様な形状であるが、さらに、その凹凸形状が軸方向に対して回転して斜めに構成されている。また、磁極の境界は、凹部６１に沿って斜めにスキュー着磁されている。本形状でも上記と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
図６のリング型磁石６０は、実施の形態１と同じ製造装置、製造方法により製造することができる。リング型磁石の押出成形時に使用されるダイスの内周面には周期的な凹凸形状が形成され、凹部にはダイス内径の中心（軸中心）と同軸の円弧形状部が形成されている。また、ダイス内周面の軸方向の両端ほど、凸部の幅が広くかつ高さが高くなっており、軸方向の中央ほど、凸部の幅が狭くかつ高さが低くなっている。さらに、その凹凸形状が軸方向に対して所定角度回転して斜めに構成されている。
【００６１】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５に係るリング型磁石を示す斜視図である。本実施の形態のリング型磁石７０は、実施の形態１と同様、希土類磁石合金の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末を加熱した状態で圧縮成形した磁石素材を所定条件の下に塑性変形加工を施して異方化した超急冷磁石である。図７のリング型磁石７０は、軸方向における所定領域のリング外周に楕円状の凹部７１が形成されており、軸方向の両端部における軸方向に垂直な断面の外径は円形となっている。その他の形状は上記実施の形態４と同様である。
【００６２】
図７のリング型磁石７０によれば、より多くの磁束を発生することができ、コギングトルクを低減しながら大きなモータ出力を得ることができる。また、モータ電流を少なくでき効率の向上が図れる。また、磁石の機械強度が高いといった特長も得られる。
【００６３】
楕円状の凹部７１の領域は、軸方向長さに対して５〜３０％で効果を得ることができる。図７では軸方向の両端に軸方向に垂直な断面の外径が円となる領域を設けたが、図１３に示すように軸方向の中央部に軸方向に垂直な断面の外径が円となる領域を設けてもよい。すなわち、図１３の例では、軸方向両端面に短軸（または長軸）が位置する半楕円状の凹部７１Ａを設け、軸方向の中央側に長軸（または短軸）の交点が配置され、さらに軸方向の中央部に軸方向に垂直な断面の外径が円となる領域を設けている。
【００６４】
図８はこの発明の実施の形態５に係るリング型磁石の他の例を示す斜視図である。図８のリング型磁石８００は、リング外周の一部に楕円状の凹部８０１を有するとともに、その凹部８０１が軸方向にスキューした構成である。そのため、上記の効果に加え、スキューの効果でコギングトルクをより小さくできる。なお、図９は図８のリング型磁石８０の断面形状を表す図である。
【００６５】
図７及び図８のリング型磁石は、実施の形態１と同じ製造装置、製造方法により製造することができる。リング型磁石の押出成形時に使用されるダイスの内周面には、軸方向に楕円状の凸部が形成されている。また、楕円状の凸部は軸方向に所定角度回転して斜めに構成されている。
【００６６】
実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６に係るリング型磁石を示す斜視図である。本実施の形態のリング型磁石１０００は、実施の形態１と同様、希土類磁石合金の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末を加熱した状態で圧縮成形した磁石素材を所定条件の下に塑性変形加工を施して異方化した超急冷磁石である。
【００６７】
リング型磁石の軸方向の端部においては、リング型磁石から発生した磁束はステータに届かず、磁石端部の空間を通って、当該磁石に戻ってしまう成分が発生する。そのため、リング型磁石の端部では有効に働く磁束量が少なくなる。磁極を斜めに形成するスキュー着磁の効果は磁束の発生が一定である時にコギング低減の効果を得ることができるが、一様でない場合はコギング低減効果が低くなる。そこで、磁石端部での磁束量の低下を補正するために、図１０に示すように、リング外周に凹部１００１及び凸部１００２を有する凹凸形状を形成し、軸方向の端部ほど凹凸形状のスキューの角度を小さくする（磁石を外周から見て磁極境界が軸に平行に近くなるようにする）。その結果、軸方向端部での磁束量の変動を補正でき、より高いコギングトルク低減効果を得ることができる。
【００６８】
図１０のリング型磁石１０００は、実施の形態１と同じ製造装置、製造方法により製造することができる。リング型磁石の押出成形時に使用されるダイスの内周面には、周期的な凹凸形状が形成され、その凹凸形状が軸方向に対して回転して斜めに構成され、さらに軸方向の端部ほど凹凸形状のスキューの角度を小さくする。
【００６９】
図１１はこの発明の実施の形態６に係るリング型磁石の他の例を示す斜視図である。このリング型磁石１１００は、磁石の最外周にリング軸を中心とする円弧形状部１１０３を設け、上記のように軸方向の端部ほどスキューの角度を小さくする補正した場合の例を示している。磁束量の変動を補正してスキューによるコギングトルク低減効果を得るとともに、ステータとの間隔を狭くかつ均一にすることによるモータ出力アップとコギングトルクの低減を図ることができる。
【００７０】
また、磁石の製造方法によっては、もともと磁石自身のもつ磁気特性が、配向特性のばらつきや、不純物の混入などにより、軸方向に変化することがある。そのため発生磁束量の少ない領域ではスキュー角を小さくするように構成してもよい。
【００７１】
図１１のリング型磁石１１００は、実施の形態１と同じ製造装置、製造方法により製造することができる。リング型磁石の押出成形時に使用されるダイスの内周面には周期的な凹凸形状が形成され、その凹凸形状が軸方向に対して回転して斜めに構成され、さらに軸方向の端部ほど凹凸形状のスキューの角度を小さくする。そして、その凹部にはダイス内径の中心（軸中心）と同軸の円弧形状部が形成されている。
【００７２】
実施の形態７．
図１２はこの発明の実施の形態７に係るリング型磁石を示す斜視図である。本実施の形態のリング型磁石１２００は、実施の形態１と同様、希土類磁石合金の溶湯を超急冷して薄帯とし、その粗粉砕粉末を加熱した状態で圧縮成形した磁石素材を所定条件の下に塑性変形加工を施して異方化した超急冷磁石である。図１２のリング型磁石１２００は、リング外径に周期的な凹部１２０１及び凸部１２０２を有する凹凸形状が形成され、その凹凸形状が所定角度でスキューされている。また、上記凹凸形状のスキュー角度が、軸方向の中心位置で上下対象となっている。このように構成することで、リング型磁石の軸方向に発生する力を低下することができ、音や振動を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】この発明の実施の形態１に係るリング型磁石を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るリング型磁石を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係るリング型磁石を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るリング型磁石の他の例を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るリング型磁石を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係るリング型磁石の他の例を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係るリング型磁石を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係るリング型磁石の他の例を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係るリング型磁石の他の例を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係るリング型磁石を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係るリング型磁石の他の例を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態７に係るリング型磁石を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態５に係るリング型磁石の他の例を示す斜視図である。
【図１４】この発明のリング型磁石の製造装置を構成するダイスの斜視図である。
【図１５】この発明のリング型磁石の製造装置を構成するダイスの斜視図である。
【図１６】この発明のリング型磁石の製造工程を示す斜視図である。
【図１７】この発明のリング型磁石の製造工程を示す斜視図である。
【図１８】この発明のリング型磁石の製造工程を示す斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態１に係るリング型磁石成形体を示す半断面斜視図である。
【図２０】この発明の実施の形態１によるリング型磁石を組込んだロータの斜視図である。
【図２１】図２１のリング型磁石の表面磁束密度分布を示す図である。
【図２２】この発明の磁石素材を製造するためのホットプレスの工程を示す断面図である。
【図２３】この発明の磁石素材を製造するためのホットプレスの工程を示す断面図である。
【図２４】この発明のリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【図２５】この発明のリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【図２６】この発明のリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【図２７】この発明のリング型磁石の製造工程を示す斜視図である。
【図２８】この発明のリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【図２９】この発明の実施の形態１によるリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【図３０】この発明の実施の形態１によるリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【図３１】この発明の実施の形態１によるリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【図３２】この発明の実施の形態１によるリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【図３３】この発明の実施の形態１によるリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【図３４】この発明の実施の形態１によるリング型磁石の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，７０Ａ，８００  リング型磁石、
１０００，１１００，１２００  リング型磁石、
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，７１Ａ，８０１  凹部、
１００１，１１０１，１２０１  凹部、
１２，２２，３２，４２，５２，６２，１００２，１１０２，１２０２  凸部、
８０  ダイス、８１〜８４  アーチ形状部材、８０ａ  凹部、８０ｂ  凸部、
８１Ａ〜８４Ａ  シリンダ、９１  下パンチ、９２  上パンチ。
【図１】
2006230099.tif 000003
【図２】
2006230099.tif 000004
【図３】
2006230099.tif 000005
【図４】
2006230099.tif 000006
【図５】
2006230099.tif 000007
【図６】
2006230099.tif 000008
【図７】
2006230099.tif 000009
【図８】
2006230099.tif 000010
【図９】
2006230099.tif 000011
【図１０】
2006230099.tif 000012
【図１１】
2006230099.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006230099.tif 000017
【図１６】
2006230099.tif 000018
【図１７】
2006230099.tif 000019
【図１８】
2006230099.tif 000020
【図１９】
2006230099.tif 000021
【図２０】
2006230099.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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