(57)【要約】複数の電機子巻線を施した固定子内に配置した磁石回転子を有する回転子において、前記磁石はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ等の磁石粉末とカーボン等の粒、短線又はメッシュの混合体を一括して型に入れて樹脂で固めたボンド磁石を用いることである。ボンド磁石の機械的な強度を確保できるので、磁石の外周に補強材が不要になり、磁石と固定子のギャップ長を小さくでき小形軽量が可能となる。更に一括して型に入れて樹脂で固めるので寸法精度も確保でき、仕上げの再加工が不要になり、生産性を向上できる。上記のように磁石粉末ど補強材を一体に樹脂で固めるので生産性と仕上り精度が向上できるので、小形で安価な磁石モータを実現できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電機子巻線を施した固定子と、前記固定子の内側で回転するように回転軸に固定され、永久磁石を有する回転子を備え、前記永久磁石は少なくとも磁石粉末と補強材を含む混合体をバインダーで固めたボンド磁石であることを特徴とする磁石モータ。
【請求項２】
複数の電機子巻線を施した固定子と、前記固定子の内側で回転するように回転軸に固定され、永久磁石を有する回転子を備え、前記永久磁石は磁石粉末と、カーボン粒、カーボンの短線のうち少なくとも一つを含む補強材との混合体を樹脂で固めたボンド磁石であることを特徴とする磁石モータ。
【請求項３】
複数の電機子巻線を施した固定子と、その内側で回転する回転軸に固定した永久磁石を設けた回転子を備え、前記永久磁石はメッシュ状のカーボン繊維を外周に配置し、磁石粉末と樹脂の混合体を流し込み一体に固めたボンド磁石であることを特徴とする磁石モータ。
【請求項４】
複数の電機子巻線を施した固定子と、その内側で回転する回転軸に固定した磁石を設けた回転子を有する磁石モータにおいて、前記磁石はメッシュ状のカーボン繊維を外周に配置し、磁石粉末と、カーボン粒、カーボンの短線のうち少なくとも一つを含む混合体を樹脂で固めたボンド磁石であることを特徴とする磁石モータ。
【請求項５】
請求項２において、前記磁石粉末と、補強材と、樹脂を流し込み所定の磁界をかけて着磁した後、一体に固めた永久磁石モータ。
【請求項６】
請求項２において、前記回転軸一緒に前記磁石粉末と、補強材と、樹脂を流し込んで一体に固めた磁石モータ。
【請求項７】
複数の電機子巻線を施した固定子と、前記固定子の内側で回転するように回転軸に固定され、永久磁石を有する回転子を備え、前記永久磁石は少なくとも磁石粉末と補強材の混合体をバインダーで固めたボンド磁石であり、前記回転子のボンド磁石の外周と前記固定子の内周との間に形成される空隙が０．４ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲であることを特徴とする磁石モータ。
【請求項８】
請求項７において、前記補強材は、カーボン粒、カーボンの短線のうち少なくとも一つを含む磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、回転子表面にボンド磁石を配置した磁石モータに関するものである。
【背景技術】  永久磁石モータは、回転速度を高くして小形軽量化を図っている。更に小形化を図るため、回転子の磁石にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金やＳｍ−Ｃｏ合金等の高エネルギー磁石を使用している。一般に、磁石材料は機械的な強度が弱く、高速回転での使用を可能にするために回転子の磁石表面を補強材で補強することが多い。補強材としては、軽量で高強度のカーボン繊維やセラミック繊維が使用されている。
前述の従来技術は、特開平１０−２１０６９０号公報に開示されているように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金やＳｍ−Ｃｏ合金等の磁石を焼結した後で、回転子の外周や内周にカーボン繊維等を配置するとともに、セラミック繊維やカーボン繊維等を混入した樹脂材で一体に固める方法である。
上記従来技術においては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金やＳｍ−Ｃｏ合金等の磁石を焼結した後に、補強材としてのカーボン繊維等を樹脂を用いて磁石に貼り付けている。このため、カーボン繊維等が回転子の磁石表面と固定子の間に介在することになり、磁石表面と固定子の間のギャップ長が増加することになる。一方、同じ磁束密度を得るために、磁石の大きさは、ギャップ長に比例して大きくなる。磁石が大きくなると遠心力が大きくなり、補強材も増量する必要がある。そのために従来技術では磁石モータの大幅な小形化が難しかった。
また、従来技術では磁石を一旦焼結しているため、寸法精度が出し難くなる。このため、特開平１０−２１０６９０号公報では、焼結後に外周を研削して精度を確保しているが、加工工程が増えるので高価となる不具合があった。本発明の目的は、このような不具合を解消し、更に小形軽量で生産性の優れた安価な永久磁石モータを提供することである。
【発明の開示】
本発明は、複数の電機子巻線を施した固定子と、この固定子の内周に配置した永久磁石を有する回転子を備え、この永久磁石は磁石粉末、たとえば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金と、補強材、たとえば、カーボンの粒、短線、又はメッシュの混合体とを一括して型に入れてバインダー、たとえば、樹脂で固めたボンド磁石を用いるものである。これにより、ボンド磁石の機械的な強度を確保できるので、磁石の外周に補強材を設けることが不要になる。補強材を除去できれば、永久磁石と固定子のギャップを小さく出来、小形軽量化が可能となる。更に、一括して型に入れ、樹脂で固めるので、寸法精度も確保でき、仕上げの再加工が不要になり、生産性を向上できる。
上記のように磁石粉末と補強材を一体に樹脂で固めるので、生産性が向上し、精度向上ができ、その結果小形で安価な永久磁石モータを実現できる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明のボンド磁石モータの一実施例の基本的な構造を示す横断面図である。
図２は、本発明の一実施例を示すボンド磁石の横断面図である。
図３は、本発明の他の実施例を示すボンド磁石の断面図である。
図４は、本発明のボンド磁石の製造時の説明図である。
図５は、本発明の他の実施例を示すボンド磁石の製造時の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の永久磁石モータを３相、２極のモータに適用した実施例を図面を用いて説明する。
永久磁石モータの一実施例を示す図１において、固定子２は、固定子ヨーク５に設けられた２４個のスロット６と、それらのスロット６に施された３相の巻線７を備えている。固定子２の内側に回転子１が配置され、回転子１は、ボンド磁石３と磁性体である回転子ヨーク４で構成され、回転軸８に固定されている。ボンド磁石３は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石粉末と、補強材、たとえば、カーボンの粒又は短線の混合体を樹脂で固めたものである。
従来のこの種のモータは、遠心力による回転子１の破壊を回避するために、回転子１の外周を補強材で取り巻いており、回転子１に設けられた磁石の外周と、固定子２の内周とのギャップ、距離が大きくなっていた。しかしながら、本発明のボンド磁石３は、遠心力に対する耐性が大きく、補強材によってその外周を取り巻く必要がない。回転子２の外周は直接ボンド磁石３の表面が露出しているので、ボンド磁石３の外周と固定子２とのギャップ、距離を小さくすることができる。このギャップは、モータの容量によって異なるが約０．４〜０．６ｍｍである。
図２に本発明のボンド磁石３の内部の詳細構造を模式的に示した。ボンド磁石３の内部は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金の磁石粉末３１の中にカーボンの補強材３２が混在されており、それを樹脂３３で固めている。このように補強材３２を磁石粉末３１内に分布させて配置すると、その強度が格段に強化され、ボンド磁石３の表面に補強材を配置しなくとも十分な強度を保持できる。このため、ボンド磁石３の外周に補強材を巻いて補強する必要がなくなるため、ボンド磁石３の外周と固定子２の内周のギャップを０．４〜０．６ｍｍにすることが可能となった。これにより、小形軽量化と生産性の向上を図ることができる。
本実施例では、磁石粉末３１として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金の磁石粉末３１を使用したが、Ｓｍ−Ｃｏ磁石やフェライト磁石など永久磁石に属するものであれば何でもよい。また、補強材３２として、本実施例ではカーボンの粒や短線で構成したが、ボンド磁石３の所定の機械強度が確保できるならば、カーボンに限らずガラス、セラミックや金属を用いてもよい。
図３は、本発明の回転子３の他の実施例であり、ボンド磁石３はメッシュ状のカーボン繊維３を外周に配置し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金の磁石粉末３１と樹脂３３を流し込み一体に固めたボンド磁石３の内部を一部詳しく模式的に示した。ボンド磁石３の内部は図示のように、メッシュ状にしたカーボン等の補強材３２をボンド磁石３の表面に配置し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金の磁石粉末３１と樹脂３３をそこに流し込んで固めたものである。カーボンの補強材３２のメッシュ内部にも磁石粉末３１が入り込むため、図２の実施例よりも磁石の強度向上を図ることが可能となり、より一層、小形軽量化ができる。
本実施例でも、磁石粉末３１としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金の磁石粉末を挙げたが、磁石粉末３１は他にＳｍ−Ｃｏ合金やフェライトなど永久磁石に属するものであれば何でもよい。また、補強材３２としてカーボンの粒や短線で構成したが、ボンド磁石３の所定の機械強度が確保できるならば、カーボンに限らずガラス繊維、セラミック繊維や金属繊維を用いてもよい。
図４は本発明のボンド磁石３を作る場合の装置の一例を示す。この例は磁石粉末３１と補強材３２、樹脂３３を混練して成形型に流し込む方法である。成形型は下型１０と上型１１の２つ割れの型で構成する。作成手順としては、まず成形型に混練した磁石粉末３１と補強材３２、樹脂３３を混合圧力容器１４から注入パイプ１３を通して流し込む。
次に圧力を加えて樹脂を型の隅々まで入り込ませ、樹脂が固まったら下型１０と上型１１を外してボンド磁石３を取り出す。そして、図３の補強材３２のメッシュを使う場合は下型の外周にカーボン等の補強材メッシュ３２を挿入し、上型をかぶせて成形型に混練した磁石粉末３１と樹脂３３を混合圧力容器１４から注入パイプ１３を介して流し込んで固めることによって作成する。
特に磁石粉末３１が異方性の場合は、柔らかいうちにボンド磁石３に磁界を加えた後、固めれば、磁石粉末の方向が揃い、より強い磁石が得られる。その目的で、磁界を発生する磁界発生コイル１５を成形型の両サイドに配置してある。磁石粉末が等方性の場合は、混合体が固まる前でも後でも良い。
図５は本発明のボンド磁石３と回転子ヨーク４、回転軸８を一体に作る場合の装置の一例を示す。図４と同じ記号は同じ動作をする物である。この例も図４と同様に成形型は下型１０と上型１１の２つ割れの型で、下型の中に回転軸８と回転子ヨーク４を図示のように挿入し、上型をかぶせて成形型に混練した磁石粉末３１と補強材３２、樹脂３３を混合圧力容器１４から注入パイプ１３を介して流し込み、圧力を加えて樹脂を型の隅々まで注入し、樹脂が固まったら下型１０と上型１１を外して、ボンド磁石３、回転子ヨーク４および回転軸８が一体化した回転子を取り出す。
また、図３のカーボンやセラミック等の補強材３２のメッシュを使う場合は、下型の外周にカーボンメッシュ３２を挿入し、上型をかぶせて成形型に混練した磁石粉末３１と樹脂３３を混合圧力容器１４から注入パイプ１３を介して流し込んで固める。また、この例でもボンド磁石３に磁界を加えて固めれば、磁石粉末の方向が揃い、より強い磁石が得られるため、磁界を発生する磁界発生コイル１５を成形型の両サイドに配置してある。
以上の例では３相２極、２４スロットの例で示したが相数、極数、スロット数が変わっても同じ効果を得ることが出来ることはいうまでもない。
本発明によれば、小形軽量で生産性の優れた安価な磁石モータを得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】  以上述べたような永久磁石モータは、比較的小型な家庭用モータとして好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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