(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に間隔を隔て並びかつ各々異方性を有する複数の磁石を備えたロータに用いられる前記複数の磁石を製造する方法であって、
周方向に間隔を隔てて並ぶ、前記磁石と同数の複数の凹部を有する非磁性材料からなる金型本体とこの金型本体の各凹部にそれぞれ対応する位置に設けられた複数の磁場コイルとを備えた第１型と、前記複数の凹部と共にキャビティを形成する、軟磁性材料からなる複数の凸部を備えた第２型とを含む金型を準備する準備工程と、
前記金型本体の各凹部にそれぞれ磁石材料を充填して型締めし、互いに隣接する磁場コイルにより磁極の異なる磁場をそれぞれ形成しながら各キャビティ内の磁石材料を圧縮することにより成型体を形成する磁場中成型工程と、
前記磁場中成型工程において形成された成型体に着磁処理を施す着磁工程と、を含み、
前記磁場中成型工程では、隣接する前記凸部の間に軟磁性体を介在させることを特徴とする異方性磁石の製造方法。
【請求項２】
周方向に間隔を隔て並びかつ各々異方性を有する複数の磁石を備えたロータに用いられる前記複数の磁石を製造する方法であって、
周方向に間隔を隔てて並ぶ、前記磁石と同数の複数の凹部を有する非磁性材料からなる金型本体とこの金型本体の各凹部にそれぞれ対応する位置に設けられた複数の磁場コイルとを備えた第１型と、前記複数の凹部と共にキャビティを形成する、軟磁性材料からなる複数の凸部を備えた第２型とを含む金型を準備する準備工程と、
前記金型本体の各凹部にそれぞれ磁石材料を充填して型締めし、互いに隣接する磁場コイルにより磁極の異なる磁場をそれぞれ形成しながら各キャビティ内の磁石材料を圧縮することにより成型体を形成する磁場中成型工程と、
前記磁場中成型工程において形成された成型体に着磁処理を施す着磁工程と、を含み、
前記ロータは、アキシャルギャップ型回転電機のロータであって、前記複数の磁石は、それぞれ回転軸方向に厚みを有する平面視略扇形の板状であり、
前記磁場中成型工程では、前記磁石の厚みに対応する方向に磁石材料を圧縮しながら、当該磁石材料に対して前記厚みに対応する方向に磁束が通るように前記磁場を形成する、ことを特徴とする異方性磁石の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の異方性磁石の製造方法において、
前記磁場中成型工程では、各キャビティ内の磁石材料を加振する、ことを特徴とする異方性磁石の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の異方性磁石の製造方法において、
磁石材料に超音波振動を与える、ことを特徴とする異方性磁石の製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載の異方性磁石の製造方法において、
前記磁場コイルとして、コアの鎖交磁束面の形状が平面視略扇形であるものを用いる、ことを特徴とする異方性磁石の製造方法。
【請求項６】
周方向に間隔を隔てて並びかつ各々異方性を有する複数の磁石を備えたロータの製造方法であって、
請求項１乃至５の何れか一項に記載された異方性磁石の製造方法を用いて前記複数の磁石を製造する磁石製造工程と、
この磁石製造工程で製造された前記複数の磁石を、前記磁石製造工程において実施された磁場中成型工程の処理時の配列で前記ロータに組み込む組立工程と、を含むことを特徴とする、回転電機のロータ製造方法。
【請求項７】
異方性を有する複数の軟磁性体を製造する方法であって、
周方向に複数の凹部が並んだ非磁性材料からなる金型本体とこの金型本体の前記凹部にそれぞれ対応した位置に設置された複数の磁場コイルとを備えた第１型と、前記複数の凹部と共にキャビティを形成する、軟磁性材料からなる複数の凸部を備えた第２型とを含む金型を準備する準備工程と、
前記金型本体の前記凹部に軟磁性材料を充填して型締めし、互いに隣接する磁場コイル
により磁極の異なる磁場をそれぞれ形成しながら各キャビティ内の軟磁性材料を圧縮することにより、異方性を有する複数の軟磁性体である複数の成型体を形成する磁場中成型工程と、を含むことを特徴とする異方性軟磁性体の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の異方性軟磁性体の製造方法において、
前記磁場中成型工程では、各キャビティ内の軟磁性材料を加振する、ことを特徴とする異方性軟磁性体の製造方法。
【請求項９】
異方性を有する複数の磁石と異方性を有する複数の軟磁性体とを含み、かつ前記磁石と前記軟磁性体とが周方向に交互に並んだロータの製造方法であって、
請求項１乃至５の何れか一項に記載された異方性磁石の製造方法を用いて製造された異方性を有する複数の磁石と、請求項７又は８に記載された異方性軟磁性体の製造方法を用いて製造された異方性を有する複数の軟磁性体を、前記ロータに組み込むことを特徴とする、回転電機のロータ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期モータ等の回転電機のロータに組み込まれる異方性強磁性体、すなわち異方性磁石および異方性軟磁性体の製造方法、および前記ロータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロータに永久磁石を備える永久磁石同期モータ等の回転電機では、ロータの互いに隣接する磁石の表面磁束が急激に変化すると、コギングトルクやトルククリップが高くなり、回転電機の振動や騒音が大きくなるという課題がある。この場合、永久磁石として異方性（極異方性）を有した円環状の永久磁石を用いれば、ロータの表面磁束波形をより正弦波形に近づけることが可能となり、コギングトルクやトルククリップを低減するうえで有効である。例えば、特許文献１には、そのような異方性を有した円環状の磁石の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４９５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、永久磁石同期モータ等の回転電機においては、隣接する磁石間で磁束が短絡することに起因する回転トルク低下を抑制するために、隣接する磁石を分離した構造とし、さらに回転トルクを稼ぐために、隣接する磁石の間に軟磁性体を介在させてリラクタンストルクを積極的に発生させることが考えられている。このような回転電機では、ロータの各磁極を構成する磁石が互いに分離した構造となるため、各磁石が個別に製造されることとなるが、この場合には、隣接する磁石の異方性の相互関係を精度よく保つことが困難となり、その結果、隣接する磁石同士の表面磁束に変化が生じ易くなって、コギングトルクやトルククリップが高くなるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、永久磁石同期モータ等の回転電機のロータに組み込まれて同時に使用される、複数の異方性磁石や複数の異方性軟磁性体を良好にかつ効率良く製造する技術を提供すること、また、コギングトルクやトルククリップをより低減できる永久磁石同期モータ等の回転電機を製造する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、周方向に間隔を隔て並びかつ各々異方性を有する複数の磁石を備えたロータに用いられる前記複数の磁石を製造する方法であって、周方向に間隔を隔てて並ぶ、前記磁石と同数の複数の凹部を有する非磁性材料からなる金型本体とこの金型本体の各凹部にそれぞれ対応する位置に設けられた複数の磁場コイルとを備えた第１型と、前記複数の凹部と共にキャビティを形成する、軟磁性材料からなる複数の凸部を備えた第２型とを含む金型を準備する準備工程と、前記金型本体の各凹部にそれぞれ磁石材料を充填して型締めし、互いに隣接する磁場コイルにより磁極の異なる磁場をそれぞれ形成しながら各キャビティ内の磁石材料を圧縮することにより成型体を形成する磁場中成型工程と、前記磁場中成型工程において形成された成型体に着磁処理を施す着磁工程と、を含み、前記磁場中成型工程では、隣接する前記凸部の間に軟磁性体を介在させるものである。
【０００７】
この製造方法によれば、磁場中成型工程において、互いに隣接するキャビティに充填された磁石材料を磁束が通るように磁場が形成され、磁石材料の結晶方向がこの磁場に沿って整列する（すなわち磁場に沿って磁石材料が磁化容易方向を揃えるように整列する）。そのため、ロータで同時に使用される複数の磁石を、隣接する磁石の異方性の相互関係を精度よく確保しながら製造することが可能となる。
【０００９】
特に、磁場中成型工程では、前記第２金型の隣接する凸部の間に軟磁性体を介在させるので、前記凸部および前記軟磁性体を通って磁束が互いに隣接するキャビティ内の磁石材料に至る良好な磁場（磁界）を形成することが可能となる。そのため、異方性を有する磁石を精度良く製造することが可能となる。
本発明の他の一の局面に係る磁石の製造方法は、周方向に間隔を隔て並びかつ各々異方性を有する複数の磁石を備えたロータに用いられる前記複数の磁石を製造する方法であって、周方向に間隔を隔てて並ぶ、前記磁石と同数の複数の凹部を有する非磁性材料からなる金型本体とこの金型本体の各凹部にそれぞれ対応する位置に設けられた複数の磁場コイルとを備えた第１型と、前記複数の凹部と共にキャビティを形成する、軟磁性材料からなる複数の凸部を備えた第２型とを含む金型を準備する準備工程と、前記金型本体の各凹部にそれぞれ磁石材料を充填して型締めし、互いに隣接する磁場コイルにより磁極の異なる磁場をそれぞれ形成しながら各キャビティ内の磁石材料を圧縮することにより成型体を形成する磁場中成型工程と、前記磁場中成型工程において形成された成型体に着磁処理を施す着磁工程と、を含み、前記ロータは、アキシャルギャップ型回転電機のロータであって、前記複数の磁石は、それぞれ回転軸方向に厚みを有する平面視略扇形の板状であり、前記磁場中成型工程では、前記磁石の厚みに対応する方向に磁石材料を圧縮しながら、当該磁石材料に対して前記厚みに対応する方向に磁束が通るように前記磁場を形成するものである。
この製造方法によれば、アキシャルギャップ型回転電機のロータに適用される複数の磁石、具体的には、磁石の中央部をその厚み方向に通過する磁束が当該厚み方向における一方側から他方側に向かって両側に拡がるような異方性をそれぞれ有した複数の磁石を良好に製造することが可能となる。
【００１０】
なお、上記の製造方法において、前記磁場中成型工程では、各キャビティ内の磁石材料を加振するのが好適である。例えば、磁石材料に超音波振動を与えるのが好適である。
【００１１】
この製造方法によれば、振動によって、磁石材料の結晶方向が磁場に沿って整列することが促進されるため、より異方性の精度の高い磁石を製造することが可能となる。
【００１２】
なお、上記製造方法は、ラジアルギャップ型およびアキシャルギャップ型の何れの回転電機にも適用可能であるが、例えば、前記ロータがアキシャルギャップ型回転電機のロータであって、前記複数の磁石がそれぞれ回転軸方向に厚みを有する平面視略扇形の板状である場合には、前記磁場中成型工程では、前記磁石の厚みに対応する方向に磁石材料を圧縮しながら、当該磁石材料に対してその圧縮方向と平行な方向に磁束が通るように前記磁場を形成するようにする。
【００１３】
この製造方法によれば、アキシャルギャップ型回転電機のロータに適用される複数の磁石、具体的には、磁石の中央部をその厚み方向に通過する磁束が当該厚み方向における一方側から他方側に向かって両側に拡がるような異方性をそれぞれ有した複数の磁石を良好に製造することが可能となる。
【００１４】
この場合、前記磁場コイルとして、コアの鎖交磁束面の形状が平面視略扇形であるものを用いるのが好適である。
【００１５】
この製造方法によれば、アキシャルギャップ型回転電機のロータに組み込まれる平面視略扇形の磁石について、上記のような異方性を有する磁石をより精度よく製造することが可能となる。
【００１６】
一方、本発明の回転電機のロータ製造方法は、周方向に間隔を隔てて並びかつ各々異方性を有する複数の磁石を備えたロータの製造方法であって、上記の異方性磁石の製造方法を用いて前記複数の磁石を製造する磁石製造工程と、この磁石製造工程で製造された前記複数の磁石を、前記磁石製造工程において実施された磁場中成型工程の処理時の配列で前記ロータに組み込む組立工程と、を含むものである。
【００１７】
この製造方法によれば、隣接する磁石の異方性の相互関係を精度よく確保したロータを効率良く製造することが可能となる。
【００１８】
一方、本発明は、異方性を有する複数の軟磁性体を製造する方法であって、周方向に複数の凹部が並んだ非磁性材料からなる金型本体とこの金型本体の前記凹部にそれぞれ対応した位置に設置された複数の磁場コイルとを備えた第１型と、前記複数の凹部と共にキャビティを形成する、軟磁性材料からなる複数の凸部を備えた第２型とを含む金型を準備する準備工程と、前記金型本体の前記凹部に軟磁性材料を充填して型締めし、互いに隣接する磁場コイルにより磁極の異なる磁場をそれぞれ形成しながら各キャビティ内の軟磁性材料を圧縮することにより、異方性を有する複数の軟磁性体である複数の成型体を形成する磁場中成型工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１９】
このようにして製造される異方性軟磁性体は、異方性を有する磁石と異方性を有する軟磁性体とが周方向に交互に並ぶロータ構造に適用される。この製造方法によれば、磁場中成型工程において、互いに隣接するキャビティに充填された軟磁性材料を磁束が通るように磁場が形成され、軟磁性材料の結晶方向がこの磁場に沿って整列する（すなわち磁場に沿って軟磁性材料が磁化容易方向を揃えるように整列する）。そのため、ロータで同時に使用される複数の軟磁性体を、隣接する軟磁性体の異方性の相互関係を精度よく確保しながら製造することが可能となる。これにより、軟磁性体中の磁束は、磁化容易方向へ流れ易くなり、表面磁束波形をコントロールすることで、コギングトルクやトルククリップを抑制してリラクタンストルクを稼ぐことができるようになる。
【００２０】
なお、上記の製造方法において、前記磁場中成型工程では、各キャビティ内の軟磁性材料を加振するのが好適である。例えば、磁石材料に超音波振動を与えるのが好適である。
【００２１】
この製造方法によれば、振動によって、軟磁性材料の結晶方向が磁場に沿って整列することが促進されるため、より異方性の精度の高い軟磁性体を製造することが可能となる。
【００２２】
また、本発明の他の回転電機のロータ製造方法は、異方性を有する複数の磁石と異方性を有する複数の軟磁性体とを含み、かつ前記磁石と前記軟磁性体とが周方向に交互に並んだロータの製造方法であって、上述した何れかの異方性磁石の製造方法を用いて製造された異方性を有する複数の磁石と、上述した何れかの異方性軟磁性体の製造方法を用いて製造された異方性を有する複数の軟磁性体を、前記ロータに組み込むものである。
【００２３】
この製造方法により製造されたロータによれば、その表面磁束波形を、磁石トルク及びリラクタンストルクの何れについても正弦波形に近づけることが可能となり、コギングトルクやトルククリップを低減するうえで有効となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明の異方性磁石の製造方法および異方性軟磁性体の製造方法によれば、永久磁石同期モータ等の回転電機のロータに組み込まれて同時に使用される、複数の異方性磁石や複数の異方性軟磁性体を良好にかつ効率良く製造することができる。また、本発明のロータ製造方法によれば、コギングトルクやトルククリップをより低減できる永久磁石同期モータ等の回転電機を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】アキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。
【図２】前記アキシャルギャップ型モータに適用されるロータ本体の平面図（一部断面図）である。
【図３】前記ロータ本体の断面図（図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図）である。
【図４】前記ロータ本体の要部断面図（図２のＩＶ−ＩＶ線断面図）である。
【図５】異方性磁石の製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明に係る異方性磁石の製造方法に用いられる磁場中成型装置を示す断面模式図であり、（ａ）は、下型を、（ｂ）は、型開きされた下型および上型をそれぞれ示す。
【図７】磁場中成型工程における磁場中成型装置を示す断面模式図であり、（ａ）は、型閉じした状態を、（ｂ）は、磁場中成型処理中の状態をそれぞれ示す。
【図８】磁場中成型装置の下型を示す平面略図である。
【図９】前記下型の要部拡大図である。
【図１０】変形例に係る前記下型の要部拡大図である。
【図１１】図１０の下型を用いて製造された磁石の斜視図である。
【図１２】前記アキシャルギャップ型モータに適用される他のロータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。
【００２７】
（アキシャルギャップ型モータの構造）
本発明に係る異方性磁石の製造方法について説明する前に、まず、当該製造方法により製造される異方性磁石が適用されるアキシャルギャップ型モータについて説明する。
【００２８】
図１は、アキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。
【００２９】
同図に示すように、アキシャルギャップ型モータ１（以下、モータ１と略す）は、回転軸１４を中心に備えるロータ２と、当該ロータ２の後記一対のロータ本体１６ａ、１６ｂの間に位置し、ロータ本体１６ａ、１６ｂに対して回転軸１４の軸方向に所定間隔を隔てて対向するステータ４と、これらロータ２及びステータ４が収容される円筒状のケース６とを備えた、いわゆる２ロータ１ステータ型のモータである。なお、ここの説明では、回転軸１４と平行な方向を「軸方向」、回転軸１４と直交する方向を「径方向」、回転軸１４（ロータ２）の回転方向を「周方向」と称す。
【００３０】
ステータ４は、周方向に並ぶ複数のステータコア１０と、各ステータコア１０に装着（巻回）されるコイル１２とを備えている。
【００３１】
一方、ロータ２は、円盤状の一対のロータ本体１６ａ、１６ｂと、これらロータ本体１６ａ、１６ｂの中心を貫通する回転軸１４とを備えている。回転軸１４は、ステータ４の中心を貫通しており、各ロータ本体１６ａ、１６ｂは、ステータ４の軸方向両側の位置でそれぞれ回転軸１４に固定されている。回転軸１４は、上記ケース６の後記エンドプレート６ｂに保持されたベアリングに挿入されており、これによりロータ２に対して相対回転自在にケース６に支持されている。
【００３２】
図２は、ロータ本体１６ａの平面図であり、図３は、ロータ本体１６ａの断面図である。前記一対のロータ本体１６ａ、１６ｂは、回転軸１４への固定方向が異なるだけで、基本構造は同一である。よって、ここでは、一方のロータ本体１６ａの構成について説明する。
【００３３】
ロータ本体１６ａは、図２及び図３に示すように、マグネットホルダ２０と、このマグネットホルダ２０に収容されるロータコア２２および複数（当例では８個）の永久磁石２４と、各永久磁石２４をマグネットホルダ２０に固定するクランプ部材２６とを含む。
【００３４】
マグネットホルダ２０は、内筒部２１ａと外筒部２１ｂと底部２１ｃとを有した円形かつ皿形の形状を有しており、非磁性材料（オーステナイト系ステンレス、アルミ等）によって一体成型されている。マグネットホルダ２０のステータ対向面には、内筒部２１ａ、外筒部２１ｂおよび底部２１ｃにより形成された円環状の溝部が設けられており、当該溝部に、上記ロータコア２２および永久磁石２４が収容されている。
【００３５】
ロータコア２２は、帯状の電磁鋼板が渦巻旋回状に巻回されることにより略円盤状に形成されており、マグネットホルダ２０の前記溝部の内底面に固定されている。
【００３６】
前記複数の永久磁石２４は、同一形状であり、平面視略扇型で偏平な（軸方向に平たい）形状を有している。これら永久磁石２４は、マグネットホルダ２０の内筒部２１ａおよび外筒部２１ｂに沿って周方向に並ぶようにロータコア２２上に配列され、各々透磁性を有する接着剤により当該ロータコア２２に固定されている。
【００３７】
隣接する永久磁石２４は、互いに磁極が異なる磁石であり、図４に示すように、一定の隙間を隔てて周方向に配列され、上記クランプ部材２６により、隣接する永久磁石２４を一組として一体的にマグネットホルダ２０に固定されている。詳しくは、図３に示すように、クランプ部材２６は側面視コ字型に形成されており、当該クランプ部材２６が、周方向における各永久磁石２４の端部の位置で、隣接する一対の永久磁石２４とマグネットホルダ２０とを一体にくわえ込むように、マグネットホルダ２０に対して径方向外側から装着されている。
【００３８】
なお、図４に示すように、各永久磁石２４の周方向両端部には径方向に伸びる段差部２４ａがそれぞれ形成されている。また、マグネットホルダ２０の外周面（外筒部２１ｂの外周面）のうち前記段差部２４ａに対応する位置には、軸方向に延びる溝（図示省略）が形成され、マグネットホルダ２０の下面（底部２１ｃの下面）のうち前記段差部２４ａに対応する位置には、径方向に延びる溝２１ｄがそれぞれ形成されている。そして、上記クランプ部材２６が、隣接する永久磁石２４の間に介在した状態で前記段差部２４ｂに係合するとともにマグネットホルダ２０の溝２１ｄ等に嵌合している。これにより、各クランプ部材２６の表面とマグネットホルダ２０及び永久磁石２４の表面とが面一となっている。
【００３９】
ロータ本体１６ａは、上記内筒部２１ａの内側に回転軸１４が挿入された状態で、当該回転軸１４に固定されている。詳しくは、図３に示すように、回転軸１４の途中部分には、鍔部１４ａが設けられており、ロータ本体１６ａがリング部材２９を介してこの鍔部１４ａに当接している。そして、詳しく図示していないが、ロータ本体１６ａの反対側からにナット部材等の固定部材２８が回転軸１４に装着されることにより、ロータ本体１６ａがこの固定部材２８と上記鍔部１４ａとにより軸方向に挟み込まれた状態で回転軸１４に固定されている。なお、図示を省略しているが、マグネットホルダ２０の内筒部２１ａと回転軸１４とはキー結合により回り止めされている。
【００４０】
このように回転軸１４にロータ本体１６ａが固定された状態では、図３に示すように、クランプ部材２６の先端に形成された鉤部２６ａ、２６ｂが、それぞれ、固定部材２８及びリング部材２９により押さえ込まれており、この構成により、マグネットホルダ２０、永久磁石２４及びロータコア２２が各クランプ部材２６により強固に固定されている。
【００４１】
なお、上記ケース６は、ロータ２及びステータ４を外側覆う円筒部６ａと、その両端に固定される一対のエンドプレート６ｂとを備えている。
【００４２】
上記モータ１において、各コイル１２に所定電流が印加されると、図４に示すように、コイル１２と永久磁石２４との間に磁束が形成される。この場合、上記モータ１の構造によれば、隣接する永久磁石２４の間に隙間が形成されていることで、同図に示すように、発生する磁束は、永久磁石２４からロータコア２２を通って隣接する永久磁石２４に向かう。そのため、永久磁石２４から隣接する永久磁石２４に短絡する磁束の発生が抑制され、当該磁束の短絡に起因する回転トルクの低下が抑制される。
【００４３】
上記ロータ２には、各永久磁石２４として異方性磁石が適用されている。具体的には、コイル１２への通電により、図４中に破線矢印で示すように、磁石中央部（周方向中央部）から永久磁石２４の厚み方向両側に拡がるように磁束が形成されるような異方性を有した磁石（異方性磁石）が適用されている。
【００４４】
なお、このモータ１は、ロータ２の各永久磁石２４が互いに分離した構造を有するが、各永久磁石２４を個別に製造した場合には、隣接する永久磁石２４の異方性の相互関係を精度よく保つことが困難となり、その結果、隣接する永久磁石２４同士の表面磁束に変化が生じ易くなって、コギングトルクやトルククリップが高くなるおそれがある。そのため、上記ロータ２に適用される永久磁石２４は、このような不都合を解消するために、以下に説明する製造方法に基づき製造されて、ロータ２に組み込まれている。
【００４５】
（永久磁石２４の製造方法およびロータ２の製造方法）
上記永久磁石２４は、当例ではネオジム系焼結磁石である。そこで、まず、ネオジム系焼結磁石の製造方法（製造工程）について説明する。
【００４６】
図５は、ネオジム系焼結磁石の製造方法を示す工程図である。同図に示すように、ネオジム系焼結磁石は、磁石材料製造工程、磁場中成型工程、焼結・熱処理工程、加工・表面処理工程および着磁工程とを含む。
【００４７】
１）磁石材料製造工程
ネオジム系磁石の原料である、ネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）ボロン（Ｂ）等を配合し、これらを溶解炉にて溶解（約１２５０°Ｃで溶解）することにより合金化し、これを鋳型に流し込んでインゴットを製造する。その後、このインゴットを、複数段階を経て数ミクロン程度（例えば３〜５μｍ）の微分末にまで粉砕する。これにより磁石粉末（磁石材料）を製造する。
【００４８】
２）磁場中成型工程
磁石粉末を金型に充填し、磁場コイルにより磁場（磁界）を形成しながら金型により磁石粉末をプレスする。これにより、磁石粉末の結晶方向を磁場方向に整列させ（磁化容易方向を磁場方向に整列させ）、前記磁場方向に異方性が付与された磁気特性を有する圧粉成型体を成型する。
【００４９】
なお、本発明に係る上記永久磁石２４の製造方法は、主にこの磁場中成型工程に特徴を有するものであり、この点については、後に詳述する。
【００５０】
３）焼結・熱処理工程、
磁場中成型工程で成型された圧紛成型体を真空焼結炉の中で焼結、熱処理する。例えば圧紛成型体を１０００°Ｃ〜１２００°Ｃで焼結し、その後、６００°Ｃ程度で熱処理する。
【００５１】
４）加工・表面処理工程
焼結後の圧紛成型体に研磨加工等の処理を施すことにより、表面の酸化層を除去するとともに圧紛成型体を整形する。その後、ニッケルめっき等、防錆用の表面処理を施す。
【００５２】
５）着磁工程
表面処理後の圧紛成型体を着磁装置にセットし、磁場コイルにより形成される強力な磁場によって圧紛成型体を磁化する。これによりネオジム系磁石が完成する。
【００５３】
次に、上記磁場中成型工程の処理について詳細に説明する。
【００５４】
図６（ａ）、（ｂ）は、上記磁場中成型工程で使用される磁場中成型装置を断面図で模式的に示しており、（ａ）は、磁場中成型装置の下型を示し、（ｂ）は、型開きした状態の磁場中成型装置を示している。
【００５５】
これらの図に示すように、磁場中成型装置３０は、固定型である下型３１Ａおよび可動型である上型３１Ｂからなる金型３１と、この金型３１を開閉する駆動装置等とを備えている。なお、当例では、下型３１Ａが本発明の第１型に相当し、上型３１Ｂが本発明の第２型に相当する。
【００５６】
図６（ａ）及び図８に示すように、下型３１Ａは、上型３１Ｂの後記凸部４３と共に磁石成型用のキャビティを構成する複数の凹部３３を有する下型本体３２（本発明の金型本体に相当する）と、この下型本体３２の下方に配置された基台３４と、各凹部３３の位置においてそれぞれ下型本体３２と基台３４との間に介設された複数の磁場コイル３６とを備えている。
【００５７】
下型本体３２の各凹部３３は、周方向に等間隔で形成されており、それぞれ、永久磁石２４に対応する平面視略扇形の形状であってかつ永久磁石２４の厚み寸法の２倍弱程度の深さを有している。これら凹部３３の数および配列は、上記ロータ２に組み込まれる複数の永久磁石２４の数および配列に対応している。
【００５８】
下型本体３２は、同図に示すように、凹部３３の内底部から永久磁石２４の厚み寸法分だけ上側の位置（又はそれより若干上側の位置）を境界として、この境界位置よりも下側（下部３２ａ）が非磁性材料により形成されており、上側（上部３２ｂ）が軟磁性材料により形成されている。
【００５９】
基台３４は、磁場コイル３６のバックヨークを兼ねるもので、軟磁性材料により形成されている。
【００６０】
前記磁場コイル３６は、コア３７とその外周面上に巻回されるコイル本体３８とを含む。コア３７は、下型本体３２の底壁を貫通しており、その端面が前記凹部３３の内底面と面一となるように設けられている。これにより、凹部３３の内底面の一部がコア３７により形成されている。なお、図９に示すように、コア３７は、凹部３３よりも狭幅の平面視略扇形の形状を有しており、下型本体３２の周方向において、凹部３３の中央に配置されている。凹部３３内に臨むコア３７の端面、つまり、鎖交磁束面３７ａの面積は、凹部３３の内底面（つまり、永久磁石２４の鎖交磁束面（ステータ対向面））の面積の１０％〜５０％の範囲内であるのが好適である。これは、磁場コイル３６が発生する磁束量を確保するためにはコア３７の鎖交磁束面３７ａが少なくとも永久磁石２４の鎖交磁束面の面積の１０％程度は必要であり、５０％を超えると、異方性の磁化配向が却って阻害されるおそれがあるためである。
【００６１】
一方、上型３１Ｂは、図６（ｂ）に示すように、下型３１Ａの前記各凹部３３に対応した位置でそれぞれ下向きに突出する複数の凸部４３を備えた上型本体４２と、この上型本体４２に固定された振動子４４とを備えている。上型３１Ｂは、上記駆動装置に連結されており、当該駆動装置により駆動されて上下動する。このように、上型３１Ｂが下型３１Ａに対して上下動することで金型３１の開閉が行われる。
【００６２】
上型本体４２の各凸部４３は、下型本体３２の各凹部３３に対応した平面視略扇形の形状を有しており、これら凹部３３及び凸部４３により、磁石形成用のキャビティが形成される。図中の符号４２ａは、各凸部４３の上部に設けられたホーンでる。なお、上型本体４２は、上記複数の凸部４３のみが軟磁性材料により形成され、それ以外の部分は非磁性材料により形成されている。
【００６３】
振動子４４は、上型本体４２に振動を与えるものである。当例では、振動子４４は、超音波振動子であり、上型本体４２の上部に固定されている。
【００６４】
当例では、上記磁界中成型装置３０を準備する工程が本発明の準備工程に相当し、上記磁界中成型装置３０を用いた処理が本発明の磁場中成型工程に相当する。
【００６５】
上記のような磁場中成型装置３０を用いた磁場中成型工程の処理（適宜、磁場中成型処理という）の詳細は次の通りである。まず、図６（ｂ）に示すように金型３１を型開きした状態で、磁石材料製造工程で製造された磁石粉末（磁石材料）を下型本体３２の各凹部３３に充填し、その後、図７（ａ）に示すように、上型３１Ｂを下降させることにより、金型３１を型閉じする。
【００６６】
そして、金型３１により凹部３３内の磁石粉末をプレスするとともに、全ての磁場コイル３６に電力を供給することにより、各磁場コイル３６によって磁場（磁界）を形成する。これにより、各凹部３３の磁石粉末の結晶方向を磁場方向に整列させ（磁化容易方向を磁場方向に整列させ）、当該磁場方向に異方性が付与された磁気特性を有する８個の圧粉成型体Ｃｐを同時に成型する。この際、図７（ｂ）に示すように、隣接する磁場コイル３６が互いに異なる磁極となるように、隣接する磁場コイル３６に互いに逆位相の電力を供給する。このようにすると、同図中に破線矢印で示すように、特定の凹部３３の磁石粉末とこれに隣接する凹部３３の磁石粉末とに亘って磁束が一定方向に向かってループ状に通る磁場が形成され、その結果、互いに隣接する凹部３３の磁石粉末の結晶方向が逆向きに整列することとなる。つまり、隣接する凹部３３の磁石粉末には、磁場コイル３６の磁極に対応した互いに逆向きの異方性（磁気特性）が付与されることとなる。
【００６７】
なお、磁石粉末のプレス時には、上記振動子４４が駆動され、上型本体４２及び下型本体３２が一体に超音波振動する。これにより、プレス中の磁石粉末の移動が促進され、磁場方向への結晶方向の整列が促進される。
【００６８】
以上が磁場中成型処理である。このようにして成型された８個の圧粉成型体Ｃｐに対して、その後、上述した焼結・熱処理工程、加工・表面処理工程および着磁工程の各処理を施すことにより、上記ロータ２に組み込まれる８個一組の永久磁石２４を製造する。
【００６９】
そして、このようにして製造（本発明の磁石製造工程に相当する）された８個の永久磁石２４を共通の上記ロータ本体１６ａ、１６ｂに組み込む（本発明の組込工程に相当する）。詳しくは、永久磁石２４のうち、磁場中成型処理において磁場コイル３６側に向いていた面がステータ４側を向く状態で、当該磁場中成型処理時の配列と同じ配列で、上記８個一組の各永久磁石２４をロータコア２２上に固定する。
【００７０】
このような構成を有する上記ロータ２（ロータ本体１６ａ、１６ｂ）によれば、８個の永久磁石２４が、磁場中成型工程時と同じ配列でロータ２に組み込まれているので、互いに隣接する永久磁石２４の異方性の相互関係が良好なものとなる。そのため、隣接する永久磁石２４同士の表面磁束に変化が生じ難くなり、コギングトルクやトルククリップの発生が効果的に抑制される。
【００７１】
以上説明したように、上記永久磁石２４の製造方法によれば、磁場中成型工程において、互いに隣接するキャビティに充填された磁石粉末（磁石材料）を磁束が通るように磁場が形成され、磁石粉末の結晶方向がこの磁場に沿って整列する（すなわち磁場に沿って磁石材料が磁化容易方向を揃えるように整列する）。そのため、ロータ２（ロータ本体１６ａ、１６ｂ）で同時に使用される複数の永久磁石２４を、隣接する永久磁石２４の異方性の相互関係を精度よく確保しながら製造することができる。
【００７２】
特に、上記永久磁石２４の製造方法では、下型３１Ａの下型本体３２として、非磁性材料からなる上部３２ｂと軟磁性材料からなる上部３２ｂとを備えたものを用いており、図７（ｂ）に示すように、上型本体４２の隣接する凸部４３の間に軟磁性体（上部３２ｂ）を介在させた状態で磁場中成型処理を実施するようにしているので、異方性を有する永久磁石２４を精度良く製造することができる。すなわち、上型本体４２の隣接する凸部４３の間に軟磁性体（上部３２ｂ）が介在することで、図７（ｂ）の破線矢印に示すように、凸部４３と軟磁性体（上部３２ｂ）とを通って磁束が互いに隣接するキャビティ内の磁石材料に至る良好な磁場を形成することができる。そのため、図４に示すように磁束が通るような異方性を有した永久磁石２４を精度よく製造することができる。
【００７３】
さらに、上記永久磁石２４の製造方法によれば、磁場中成型処理時に、磁石粉末に超音波振動を与え、これにより磁場方向への磁石粉末の結晶方向の整列を促進させる（磁石粉末が磁化容易方向を揃えることを促進させる）ようにしているので、異方性の精度が高い良好な永久磁石２４を製造することができるという利点もある。なお、当例では、磁石粉末に超音波振動を与えているが、振動は、磁場方向への磁石粉末の結晶方向の整列を促進させることができれば、超音波振動以外の振動であってもよい。
【００７４】
なお、上述した永久磁石２４の製造方法およびロータ２の製造方法は、本発明に係る異方性磁石の製造方法およびロータの製造方法の好ましい実施形態の例示であって、その具体的な方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７５】
（変形例等）
（１）図１０に示すように、下型３１Ａの下型本体３２として、各凹部３３の内底部に円弧状の複数の仕切板３３ａが径方向（下型本体３２の径方向）に並列に設けられたものを用いて磁場中成型処理を行うようにしてもよい。この製造方法によれば、図１１に示すように、永久磁石２４のステータ対向面（鎖交磁束面）に、互いに平行に並んだ円弧状の溝２４ｂが形成された永久磁石２４を製造することが可能となる。
【００７６】
このような永久磁石２４によれば、複数の溝２４ｂが形成されてステータ対向面（鎖交磁束面）が細分化されているので渦電流の発生が抑制される。そのため、良好な異方性を確保しつつ、さらに渦電流損を低減可能な永久磁石２４を製造できるという利点がある。
【００７７】
（２）上記実施形態では、本発明の適用例として、アキシャルギャップ型モータ１のロータ２に用いられる永久磁石２４の製造方法、およびロータ２の製造方法について説明したが、本発明の各製造方法は、ラジアルギャップ形モータのロータに用いられる永久磁石およびロータの製造にも適用可能である。また、モータに限らず、ジャエネレータのロータに用いられる永久磁石およびロータの製造にも適用可能である。
【００７８】
（３）上記実施形態では、永久磁石２４は、ネオジム系焼結磁石であるが、これ以外の磁石、例えばネオジム系ボンド磁石であってもよい。ネオジム系ボンド磁石の具体的な製造工程はネオジム系焼結磁石と多少異なるが、基本的には図６（ａ）、（ｂ）に示した磁場中成型装置３０と同等の装置を用いて磁石材料に磁場中成型処理を施し、これにより成型された成型体に着磁処理を施すことで製造することができる。
【００７９】
（４）上記実施形態では、図４に示すように、互いに隙間を隔てて周方向に永久磁石２４が並ぶタイプのロータ２（ロータ本体１６ａ、１６ｂ）に組み込まれる当該永久磁石２４の製造方法について説明したが、このような方法は、図１２に示すように、複数の永久磁石２４と軟磁性体２５とが周方向に交互に配列され、これによりリラクタンストルクを稼ぐように構成されたロータ２の前記永久磁石２４および軟磁性体２５を製造する方法に応用することができる。
【００８０】
すなわち、図５に示した工程に基づき永久磁石２４を製造する。また、これとは別に、図５に示した工程のうち、着磁工程を除く、それ以外の処理に基づき軟磁性体２５を製造する。この場合、磁場中成形工程では、軟磁性体２５に対応する形状のキャビティ（凹部３３および凸部４３）が周方向に並んだ金型１を用い、磁石材料の代わりに軟磁性材料をキャビティに充填して磁場中成型工程を実施する。
【００８１】
このような軟磁性体２５の製造方法によれば、磁場中成型工程において、互いに隣接するキャビティに充填された軟磁性材料を磁束が通るように磁場が形成され、軟磁性材料の結晶方向がこの磁場に沿って整列する（すなわち磁場に沿って軟磁性材料が磁化容易方向を揃えるように整列する）。そのため、ロータ２で同時に使用される複数の軟磁性体２５を、隣接する軟磁性体２５の異方性の相互関係を精度よく確保しながら製造することが可能となる。このようにして構成された軟磁性体２５によれば、軟磁性体２５中の磁束が、磁化容易方向へ流れ易くなり、表面磁束波形をコントロールすることで、コギングトルクやトルククリップを抑制してリラクタンストルクを稼ぐことができるようになる。
【００８２】
そして、上記のようにして製造された複数の永久磁石２４と、複数の軟磁性体２５とを、それぞれ磁場中成型工程時の配列のままでロータ２に組み込む。
【００８３】
このような構成を有するロータ２（図１２）によれば、永久磁石２４とそれらの間に介在する軟磁性体２５とが、各々の磁場中成型工程時の配列のまま合体されてロータ２に組み込まれているので、互いに隣接する永久磁石２４および軟磁性体２５の異方性の相互関係を損ねることなく良好に確保することが可能となる。さらに、ロータ２の表面磁束波形を磁石トルク及びリラクタンストルクに対して、いずれも正弦波形に近づけることが可能となり、コギングトルクやトルククリップを低減させるうえで有効となる。
【符号の説明】
【００８４】
１  アキシャルギャップ型モータ
２  ロータ
４  ステータ
２４  永久磁石
３０  磁場中成型装置
３１  金型
３１Ａ  下型（第１型）
３１Ｂ  上型（第２型）
３２  下型本体
３３  凹部
３４  基台
３６  磁場コイル
４２  上型本体
４３  凸部
【図１】
0006308205.tif 000002
【図２】
0006308205.tif 000003
【図３】
0006308205.tif 000004
【図４】
0006308205.tif 000005
【図５】
0006308205.tif 000006
【図６】
0006308205.tif 000007
【図７】
0006308205.tif 000008
【図８】
0006308205.tif 000009
【図９】
0006308205.tif 000010
【図１０】
0006308205.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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