(57)【要約】【課題】コギングトルクをさらに低減すると共に、亀裂等の発生を抑制し、歩留りが高く、より量産に適したアークセグメントフェライト磁石を提供する。【解決手段】外周面側を投影して見た外形が８角形状であり、前記外形の斜辺は投影形状が直線状であり、前記斜辺の内周面側の縁には研削面を有し、前記斜辺の外周面側には研削面がないことを特徴とするアークセグメントフェライト磁石を作製する。さらに、周方向の円弧の角度θが１２０°以上且つ１５０°以内であり、径方向の厚さｔが４ｍｍ以上且つ７ｍｍ以内の範囲にあることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面側を投影して見た外形が８角形状であり、前記外形の斜辺は直線状であり、前記斜辺を為す側面と内周面との間に研削面を有し、
前記斜辺を為す側面と外周面との間には研削面がないことを特徴とするアークセグメントフェライト磁石。
【請求項２】
外周面側を投影して見た外形が８角形状であり、前記外形の斜辺は直線状であり、前記斜辺を為す側面と内周面との間に型面取り面を有し、前記斜辺を為す側面と外周面との間には型面取り面がないことを特徴とするアークセグメントフェライト磁石。
【請求項３】
外周面側で投影した外形の斜辺が実質的に直線であり、前記斜辺の曲率半径Ｒｍｉｎが１００ｍｍより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のアークセグメントフェライト磁石。
【請求項４】
周方向の円弧の角度θが１２０°以上且つ１５０°以内であり、径方向の厚さｔが４ｍｍ以上且つ７ｍｍ以内の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアークセグメントフェライト磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断面が円弧状のフェライト磁石に係わり、特に回転機に設けるアークセグメントフェライト磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機、発動機などの磁気回路には、ハードフェライト磁石が用いられている。この種の磁石は、一般的に円筒状あるいはそれを複数に分割したアークセグメント形状を有している。アークセグメントとは、円筒を軸方向に沿って複数個に分割した形状、瓦状、円弧状などの形状に相当する。アークセグメント磁石を用いた電動機においては、回転機の磁気騒音が極力低いものが望まれている。ここで、磁気騒音とは電動機の磁気回路における空隙の磁束密度の波形が正弦波から歪んで凹凸を呈することに起因する。すなわち、固定子と回転子との間に働く磁気吸引力に基づいたトルクの回転子角に対する変化、いわゆるコギングというトルク変動によって、回転むらや振動が生じ、騒音を発生する。
【０００３】
特開昭６３−２２８９５１号公報（第２−３頁、第２図、第９図）には、コギングトルク低減を試みた技術として、軸方向両端部の形状をスキューさせたセグメント磁石が開示されている。軸方向に対して両端が特定の角度で傾斜しており、両端縁同士は平行である。半径方向に投影してみた外形が平行四辺形をしている。また、特開平０１−２０６８５９号公報（第２頁、第２図、第３図）には、他の形状として、軸方向の両端部の幅を狭くするようにスキューさせたマグネット形状が開示されている。外周面を半径方向に投影してみた外形が８角形をしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−２２８９５１号公報のセグメント磁石は、コギングトルクの低減に有効である。しかしながら、軸方向に対して全体的に傾斜した形状であるため、成形することが難しく、亀裂や周縁の欠けを生じ易いという問題がある。
【０００５】
特開平０１−２０６８５９号公報のマグネット形状は、ローターに６枚のマグネットを設けるタイプであり、マグネット形状のアーク角度θは６０°未満と小さい。さらに、第３図に示されるようにマグネットの厚さが薄いため、割れや欠けが発生し難い金属合金の希土類磁石で構成されていることは明らかである。このように薄い形状を割れ易い酸化物のフェライト磁石で作製することは容易ではない。特にアーク角度θを大きくしたフェライト磁石では８角形型のアークセグメントフェライト磁石を作製することは困難であった。
【０００６】
発明者は、８角形型のアークセグメントフェライト磁石、特にθの大きいものについて作製すべく試みている。８角形の斜辺を直線状にすると、コギングトルクの抑制に効果を得たが、斜辺の亀裂発生が多い。それに代わるものとして、８角形状の斜辺をさらに凹状に凹ませることにより、両端部の強度劣化を抑制しつつ、加工時の亀裂の発生を防止できることを見出した（特願２００１−２２４２１５号）。しかしながら、斜辺を直線状とした構成に比べると、高次のコギングトルクが若干残り、十分に抑制するまでには至っていない。また、アークセグメントフェライト磁石の四隅を除去する体積が最も多い為、モーターのローターに印加する磁束の総量は小さい。
【０００７】
そこで、本発明の目的はコギングトルクをさらに低減すると共に、亀裂等の発生を抑制し、歩留りが高く、より量産に適した投影外形が８角形型のアークセグメントフェライト磁石を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のアークセグメントフェライト磁石は、外周面側を投影して見た外形が８角形状であり、前記外形の斜辺は直線状であり、前記斜辺を為す側面と内周面との間に研削面を有し、前記斜辺を為す側面と外周面との間には研削面がないことを特徴とする。
本発明の他のアークセグメントフェライト磁石は、外周面側を投影して見た外形が８角形状であり、前記外形の斜辺は直線状であり、前記斜辺を為す側面と内周面との間に型面取り面を有し、前記斜辺を為す側面と外周面との間には型面取り面がないことを特徴とする。
また、外周面側で投影した外形の斜辺は実質的に直線であればよく、斜辺の曲率半径Ｒｍｉｎが１００ｍｍより大きい構成なら実用上差し支えない。さらに、２極モーター用として、周方向の円弧の角度θ（アーク角度）が１２０°以上且つ１５０°以内であり、径方向の厚さｔが４ｍｍ以上且つ７ｍｍ以内の範囲にあるアークセグメントフェライト磁石とすることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
アークセグメントフェライト磁石の外周面を平面に投影した際に、投影形状の斜辺が直線状である形状とする。直線状とは、斜辺の凹みを所定値以下に抑えることで実質的に直線といえるものも含む。例えば、投影形状の斜辺が曲率半径Ｒｍｉｎ＞１００ｍｍという条件に合うものである。
【００１０】
投影形状の斜辺を直線状にして、且つ斜辺を為す側面の内周面側の縁に研磨面を設け、斜辺を為す側面の外周面側の縁には研磨加工を施さない構成とする。研磨加工や端面を施さない外周面側の縁は面と面に挟まれたエッジを構成する。内周側の縁を研削することで、コギングトルクを更に低減することができた。内周面側を向いていた側面の縁（エッジ）が削られることで、磁界の偏りが緩和されたと考えられる。研削量を少なくしても、内周面側を向いていたエッジが面取りされ、且つ縁の向きをより外側に向くように変更してあれば、実質的に研削面と同様に高次のコギングトルクの抑制に効果を得られる。また、成形金型による面取り（型面取り）により、斜辺を為す側面の内周面側の縁に、前記研削面に代えて型面取り依る平坦面（型面取り面）を設けてもよい。
磁界の偏りを効果的に抑制し、高次のコギングトルクを抑制するには、側面と内周面に挟まれている研削面の幅ｄ（もしくは型面取り面の幅）は５ｍｍ以上であることが望ましい。幅ｄは、後述する図１にて、矢印ｘ及びｙを含む平面上に投影した研削面の形状における最短幅に相当する。
【００１１】
上記本発明に係るアークセグメントフェライト磁石は、２極もしくは４極のＤＣブラシモーターに用いることが好ましい。さらに、周方向の円弧の角度θ（アーク角度）が１２０°以上且つ１５０°以内であり、径方向（アーク半径の向き）の厚さｔが４ｍｍ以上且つ７ｍｍ以内の範囲にあることが望ましい。より望ましくは厚さｔを４ｍｍ以上且つ６．５ｍｍ以内とする。θとｔをこのように規定することによって、θが広角度であっても、軸方向が狭幅であり且つ厚さが薄い中央部の両端について、強度を保持することができる。偏心率は０以上且つ０．５以下の範囲にすることが望ましい。さらに、上記アーク角度θのときに、周方向でみた外周面の極率半径Ｒｏと内周面の極率半径Ｒｉは、Ｒｏ／Ｒｉ＝１．０〜１．５の関係にあり、軸方向長さ／内径が１．５〜１．９であることが望ましい。
【００１２】
上述のアークセグメントフェライト磁石の形状は、より詳細には、軸方向の中央近傍ではアーク角度が大きく且つ周方向の長さが一定であり、中央近傍から軸方向の両端に近づくにつれて周方向の長さが漸減する形状となっている。中央の部分は周方向の両端に側面を有し、軸方向に対して傾斜した斜辺に相当する。ここで、軸方向とはアークセグメントフェライト磁石を円筒の一部とみなしたときに、その円筒の軸に相当する向きである。周方向とは、円弧に沿った向きである。
【００１３】
上記のアークセグメントフェライト磁石を構成する材料として、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等を用いることができる。なお、磁石重量を軽量化し、強い磁界をモーターのコイルに印加するためには、（Ａ１−ｘＲｘ）Ｏ・ｎ［（Ｆｅ１−ｙＭｙ）２Ｏ３］（ただし、ＡはＳｒ及び／又はＢａであり、ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、ＭはＣｏまたはＣｏ及びＺｎからなる群から選ばれた少なくとも１種であり、ｘ、ｙ及びｎはそれぞれ下記条件：
０．０１≦ｘ≦０．４，　０．００５≦ｙ≦０．０４，及び　５≦ｎ≦６
を満たす数字である）により表される基本組成を有し、マグネトプランバイト型結晶構造を有するフェライト磁石を用いることが望ましい。Ａ＝Ｓｒ、Ｒ＝Ｌａとし、ランタンコバルト置換ストロンチウムフェライト磁石とすることが望ましい。この組成は、ストロンチウムフェライト磁石と比較しても、厚さをｔ＝４〜６ｍｍ程度に薄くすると割れ易い傾向にあるが、本発明の斜辺の構成にすることで、歩留りの低下を抑制することができる。
【００１４】
上記のアークセグメントフェライト磁石を構成する材料として、Ｗ型フェライトを用いることができる。Ｗ型フェライト磁石を構成する材料として、例えば次の組成等を挙げることができる。（１）Ａを２価のアルカリ土類金属イオンまたはＰｂとし、Ｂを２価の金属イオンとした組成式：ＡＯ・２（ＢＯ）・８Ｆｅ２Ｏ３で表されるＷ型フェライト。（２）組成式：ＳｒＯ・２（ＦｅＯ）・ｎＦｅ２Ｏ３で（例えば、ｎ＝７〜８）表されるＷ型フェライト。（３）Ｗ型フェライト結晶構造を主として構成し、一部にＭ型フェライト結晶構造を含むフェライト。ただし、これらの組成や組織に限らず、Ｗ型結晶構造を有するフェライト磁石で高い磁気特性を得られるものであれば、本発明のアークセグメントフェライト磁石の材料に適用することができる。
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
図１は、本発明に係るアークセグメントフェライト磁石の概略図である。図１中、（ａ）はアークセグメント磁石を外周面側から見た平面図（アークの半径方向、矢印ｚの向きでみた平面図）であり、（ｂ）はセグメントの軸方向（矢印ｘ）で見た側面図である。（ｃ）は内周面側から見た平面図（矢印ｚの反対の向きでみた平面図）である。（ａ）に示すように、このアークセグメントフェライト磁石１は、外周面２を矢印ｚの向きに投影した外形が８角形である。すなわち、磁石の外周面側をアーク半径方向に投影して見た外形に相当する。８角形の斜辺６は投影した見かけ長さを６５ｍｍとした。周方向の端部３の側縁７の幅Ｗは２０ｍｍ（ｘ方向の寸法）とし、軸方向の端面４の幅Ｌは１０ｍｍ（ｙ方向の寸法）とした。端面４の外周面側には斜面５を形成した。
【００１６】
また、（ｂ）に示すように、斜辺６と端面４の内周面側の縁に研削面８を形成した。半径方向（ｚの向き）の厚さｔは５．５ｍｍであり、外周面２の曲率半径Ｒｏは２８ｍｍであり、内周面９の曲率半径Ｒｉは２５ｍｍであり、周方向のアーク角度θａは１５０°とした。中央部の厚さｔの箇所から周方向に沿って側縁に近づくにしたがって円弧の厚さを少しづつ減少させた。その度合いは偏心率で約０．４とした。
【００１７】
（実施例２）
図２は、本発明に係る他のアークセグメントフェライト磁石の概略図である。図２中、（ａ）はアークセグメント磁石を外周面側から見た平面図（アークの半径方向、矢印ｚの向きでみた平面図）であり、（ｂ）はセグメントの軸方向（矢印ｘ）で見た側面図である。（ｃ）は内周面側から見た平面図（矢印ｚの反対の向きでみた平面図）である。（ａ）に示すように、このアークセグメントフェライト磁石２１は、外周面２２を矢印ｚの向きに投影した外形が、８角形の角を丸めた略８角形である。略８角形の斜辺２６は長さ６５ｍｍとし、僅かに凹みを有するが、その曲率半径は１２０ｍｍとした。周方向の端部２３の側縁２７の幅Ｗは２０ｍｍ（ｘ方向の寸法）とし、軸方向の端面２４の幅Ｌは１０ｍｍ（ｙ方向の寸法）とした。端面２４の外周面側には斜面２５を形成した。
【００１８】
また、（ｂ）に示すように、斜辺２６と端面２４の内周面側の縁に研削面２８を形成した。半径方向（ｚの向き）の厚さｔは５．５ｍｍであり、外周面２２の曲率半径Ｒｏは２８ｍｍであり、内周面２９の曲率半径Ｒｉは２５ｍｍであり、周方向のアーク角度θｂは１５０°とした。中央部の厚さｔの箇所から周方向に沿って側縁に近づくにしたがって円弧の厚さを少しづつ減少させた。その度合いは偏心率で約０．４とした。さらに、半径方向の厚さｔを、４．５ｍｍ、５ｍｍ、５．５ｍｍ、６ｍｍ、６．５ｍｍと変えたものを作製したところ、厚さを薄くしていっても、中央部の両端における薄肉部分の内周面に亀裂を生じることがなく、十分な強度を有することが判った
【００１９】
図３は、ケース３０内に、実施例１のアークセグメントフェライト磁石１を２個と、ローター３１（巻線コイルの図示は省略）とを設けた２極のＤＣブラシモーターの断面図である。斜辺を凹状にした構成に比べて、モーターのスロット数と同期した周波数のコギングトルクをより小さいすることができた。また、円弧の角度θを小さくした４個のアークセグメントフェライト磁石により、４極のＤＣブラシモーターを構成する場合についても、斜辺を直線状にした構成と凹状にした構成を比較したところ、実施例の方でより高いコギングトルクの改善効果を得た。
【００２０】
ついで、実施例２のアークセグメントフェライト磁石について、モーターに用いたところ、実施形態１と同様にコギングトルクの低減に効果があった。周方向の側縁２７及び斜辺２６の近傍における薄肉部分の強度は、実施例１の構成に比べて遜色ない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の構成によって、コギングトルクをさらに低減すると共に、亀裂等の発生を抑制し、歩留りが高く、より量産に適した投影外形が８角形型のアークセグメントフェライト磁石を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアークセグメントフェライト磁石の概略図である。
【図２】本発明に係る他のアークセグメントフェライト磁石の概略図である。
【図３】アークセグメントフェライト磁石を用いた回転機の断面図である。
【符号の説明】
１　２１　アークセグメントフェライト磁石、
２　２２外周面、　　３　２３　端部、　　４　２４　端面、
５　２５　斜面、　　６　２６　斜辺、　　７　２７　側縁、
８　２８　研削面、　　９　２９　内周面、
３０　ケース、　　３１　ローター
【図１】
2004096955.tif 000003
【図２】
2004096955.tif 000004
【図３】
2004096955.tif 000005