(57)【要約】【課題】  周面に凹凸を設けたリング磁石をラジアル配向磁場成形した場合に、ラジアル配向磁場の大きさに対する凹部及び凸部における径方向厚さの影響を抑制し、リング磁石内部における磁性粉末の充填密度を均一にすることができるリング磁石成形金型を提供する。【解決手段】  この発明に係るリング磁石成形金型２は、磁性粉末を供給するリング状のキャビティ５が形成され、キャビティ５がその周面に凹凸部を有するものであり、キャビティ５は、ダイ３の強磁性体３ａと強磁性体からなるコア４に取り囲まれて形成された円筒状の空洞と、空洞内の強磁性体３ａ周面に設けられた非磁性体からなる非磁性リング３ｃの凹凸部とによって形成されているものである。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粉末を供給するリング状のキャビティが形成され、上記キャビティがその周面に凹凸部を有するリング磁石成形金型において、上記キャビティは、強磁性体に取り囲まれて形成された円筒状の空洞の上記強磁性体周面に非磁性体により上記凹凸部が形成されていることを特徴とするリング磁石成形金型。
【請求項２】
上記非磁性体は、上記空洞の外周側の強磁性体周面に嵌め込まれたリング状部材であり、上記リング状部材の内周面に上記凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載のリング磁石成形金型。
【請求項３】
上記非磁性体は、上記空洞の内周側の強磁性体周面に嵌め込まれたリング状部材であり、上記リング状部材の外周面に上記凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載のリング磁石成形金型。
【請求項４】
上記強磁性体周面に、上記リング状部材を支持する段付き部が設けられていることを特徴とする請求項２または３記載のリング磁石成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石モータのインナーロータ等に使用される異方性配向リング磁石を磁場成形するリング磁石成形金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石モータのインナーロータに使用されるラジアル配向リング磁石は、コギングトルク等の回転むらを低減するために、磁極を軸方向に対して斜めに形成するスキュー着磁を行うことが多かった。しかし、ラジアル配向されたリング磁石は磁束密度分布は矩形であるため、この磁石を永久磁石モータのインナーロータに使用した場合には、高次成分を多く含み、スキュー着磁だけでは十分にコギングトルク及びトルクリップルを低減する効果が得られない場合が多かった。
【０００３】
そこで、リング磁石の周面に凹凸を形成し、磁石外周表面の磁束密度分布を正弦波に近づけることによってコギングトルクを低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１３５２１号公報（第２−３頁、図１−２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、周面に凹凸を設けたリング磁石をラジアル配向磁場成形した場合、ラジアル配向磁場の大きさが凹部及び凸部における径方向厚さの違いによって均一にならず、磁性粉末の充填密度が凹部と凸部とで異なり不均一になるために、焼結時に凹部と凸部で収縮差が大きくなり、割れやクラックが発生し、また、ラジアル配向磁場成形体を複数段に積層した場合には層間剥離が発生するという問題がある。
【０００６】
この発明は、周面に凹凸を設けたリング磁石をラジアル配向磁場成形した場合に、ラジアル配向磁場の大きさが凹部及び凸部における径方向厚さの違いによって影響されないようにして、リング磁石内部における磁性粉末の充填密度を均一にすることができるリング磁石成形金型を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るリング磁石成形金型は、磁性粉末を供給するリング状のキャビティが形成され、上記キャビティがその周面に凹凸部を有するリング磁石成形金型において、上記キャビティは、強磁性体に取り囲まれて形成された円筒状の空洞の上記強磁性体周面に非磁性体により上記凹凸部が形成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るリング磁石成形金型によれば、磁性粉末を供給するリング状のキャビティが形成され、上記キャビティがその周面に凹凸部を有するリング磁石成形金型において、上記キャビティは、強磁性体に取り囲まれて形成された円筒状の空洞の上記強磁性体周面に非磁性体により上記凹凸部が形成されているものであるので、ラジアル配向磁場成形におけるキャビティ内の磁束分布密度が均一になり、キャビティ内で成形されるリング磁石成形体内での磁性粉末の充填密度が均一になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明に係るリング磁石成形金型で成形されたリング磁石成形体の一例を示す平面図（ａ）及び斜視図（ｂ）であり、図２は、リング磁石成形体を積層したリング磁石を示す斜視図である。
【００１０】
図１に示したように、リング磁石成形体１ａは外周側に凹部１ｂ及び凸部１ｃを備え、ラジアル配向された６極の磁石の例である。図２に示したように、リング磁石１は、リング磁石成形体１ａを軸中心に所定の角度回転させて軸方向に積層し、焼結によって一体化しており、凹部１ｂが磁極の境界部となり、スキュー着磁で、凹部１ｂ間の凸部１ｃが磁極となるように磁極を形成する。
【００１１】
このように、リング磁石成形体１ａの外周側に凹部１ｂ及び凸部１ｃを形成し、スキュー着磁することによってコギングトルクをより一層低減することができる。
【００１２】
図３は、この発明に係るリング磁石成形金型を示す斜視図（ａ）、平面図（ｂ）及びＡ−Ａ断面図（ｃ）である。同図に示したように、リング磁石成形金型２は、ダイ３の内周壁とダイ３の内部に挿入されたコア４の外周壁とパンチ６によって形成されたキャビティ５を有する。ダイ３は、鋼（Ｓ４５Ｃ）等に真円状の筒形状のホール３ｂが形成された強磁性体３ａと、ホール３ｂ内壁に挿入することによって設けられた非磁性材料からなる非磁性リング３ｃとからなり、非磁性リング３ｃは、内周側に成形しようとするリング磁石成形体１ａの凹部１ｂ、凸部１ｃに対応する凸凹部を有する。コア４は、円柱（横断面が真円）状でＳ４５Ｃ等の強磁性体からなる。
【００１３】
この構成によって、強磁性体で取り囲まれた円筒状の空洞が形成され、この空洞の強磁性体３ａ側内周面に設けられた非磁性リング３ｃによって凹凸部を有するキャビティが形成されている。
【００１４】
この実施の形態のリング磁石１は、例えば、最大エネルギー積の大きなネオジ焼結リング磁石では、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ等を所定の組成割合で真空鋳造する工程、鋳造合金を粉砕して微粉砕磁性粉末を作製する工程、微粉砕粉末を所定のリング形状に磁場成形する工程、焼結・熱処理工程、及び外形加工工程等を経て製造される。
【００１５】
磁場成形の工程は、図３に示した、所定のリング形状を有するキャビティ５中に微粉砕磁性粉末を充填し、充填された微粉砕粉末をキャビティ５と同一断面形状を有するパンチで加圧して所定の密度で、図１に示したリング磁石成形体１ａを成形するとともに、リング磁石成形体１ａに配向磁場を印加して配向処理をする。配向磁場の向きはリング磁石成形体１ａの径方向（ラジアル配向）とする。
【００１６】
図４は、ラジアル配向の磁場生成を示す断面図である。同図に示したように、磁石７から発生した破線矢印で示す配向磁場８は、強磁性体であるコア４を通り、キャビティ５を径方向に横切って、ダイ３の強磁性体３ａを通り抜け、キャビティ５内のリング磁石成形体はラジアル配向される。
【００１７】
配向処理されたリング磁石成形体は、軸方向に積み重ねられ、必要に応じて軸方向に加圧した後、焼結・熱処理して図２に示したリング磁石１が製造される。
【００１８】
図５は、配向磁場成形後のリング磁石成形体１ａ内における磁性粉末の充填状態を示す平面図であり、図５（ａ）は内周壁に凹凸部を有する非磁性リング３ｃを設けたリング磁石成形金型２の場合、図５（ｂ）は非磁性リング３ｃがなく、強磁性体３ａに凹凸部を設けた場合を示し、図において、線が疎な部分は磁性粉末の充填密度が小さく、線が密な部分は磁性粉末の充填密度が大きいことを示している。また、図６は、キャビティ５内の磁束密度分布を示しており、図６（ａ）は非磁性リング３ｃを設けたリング磁石成形金型２の場合、図６（ｂ）は非磁性リング３ｃがなく、強磁性体３ａに凹凸部を設けた場合を示し、同図において、矢印は磁力線を示している。
【００１９】
図６（ｂ）に示したように、強磁性体３ａに凹凸部を設けた場合には、強磁性体３ａの凸部の磁気的なギャップが小さくなるため、磁場配向時における磁気抵抗が凹部より小さくなる。そのため、凸部に磁力線が集中し、配向方向がラジアル方向と異なるだけでなく、磁束密度にも不均一分布が生じ、凸部の磁束密度分布が高くなる。その結果、配向磁場が掛けられるられる前には、キャビティに磁性粉末が均一に充填されている場合にも、配向磁場が掛けられた状態では、磁束密度が高い凸部に磁性粉末が集まり、図５（ｂ）に示したように、磁性粉末の充填密度にも不均一分布が生じてしまう。
磁性粉末の充填密度に分布がある場合、圧縮成形後のリング磁石成形体１ａ内にもその分布が残る。焼結時には、焼結体内の密度不均一が解消され、均一な密度になるように焼結が進行するため、充填密度が高い部分と低い部分とで焼結による収縮差が生じることになり、その収縮差が原因となって割れ、クラック、層間の剥離といって不良が発生してしまう。
【００２０】
一方、図６（ａ）に示したように、内周壁に凹凸部を有する非磁性リング３ｃを設けた場合には、磁束密度が均一になり、図５（ａ）に示したように、磁性粉末の充填密度も均一になる。
【００２１】
この実施の形態によれば、磁性粉末の充填密度が均一になるので、焼結時の割れ、クラック、層間剥離を防止することができる。
【００２２】
図２に示したリング磁石をモータに搭載して特性を評価した結果、凹凸部のない同じ径と高さのリング磁石成形体を３段積層し、スキュー着磁したリング磁石を用いた場合に比べ、コギングトルク、トルクリップルともに１／２以下に低減することができた。
【００２３】
実施の形態２．
図７は、この発明に係るリング磁石成形金型の実施の形態２を示す断面図である。同図に示したように、この実施の形態では、強磁性体３ａのホール３ｂに非磁性リング３ｃを支持し、ストッパーとなる段付き部３ｄを設けている。
【００２４】
この実施の形態では、段付き部３ｄを設けたので、リング磁石成形体１ａの成形時にダイ３の周壁面に掛かる側圧によって非磁性リング３ｃがホール３ｂから抜け出そうとするのを防ぐことができる。
【００２５】
実施の形態３．
図８は、この発明に係るリング磁石成形金型の実施の形態３を示す平面図（ａ）及び斜視図（ｂ）であり、リング磁石成形金型のコア部を示している。
【００２６】
この実施の形態は、内径側に凹凸部を有するリング磁石を成形するためのものであり、図８に示したように、強磁性体からなる円柱部４ａに、外周に凹凸部を有する非磁性体からなる非磁性リング４ｂを挿入して設けている。凹凸部の形状は、リング磁石の内径側凹凸部に対応した凸凹部形状としている。
【００２７】
非磁性リング４ｂを有するコア４がダイに挿入されると、この構成によって、強磁性体からなるダイと、強磁性体からなるコア４によって、強磁性体で囲まれた円筒状の空洞が形成され、この空洞のコア４外周面に設けられた非磁性リング４ｂによって凹凸部を有するキャビティが形成される。
【００２８】
このキャビティー内に磁性粉末を供給し、上記実施の形態１と同様に磁場成形を行うことによって、磁性粉末の充填密度が均一なリング磁石成形体が得られ、焼結時に割れ、クラック、層間剥離が発生するのを防止することができる。
【００２９】
なお、この実施の形態において、上記実施の形態２と同様、コア４の外周に非磁性リング４ｂを支持する段付き部を設けることができる。
【００３０】
また、図９（ａ）の断面図に示すように、上記実施の形態１の非磁性リングに代えて、ダイ３の軸方向につながった島状の非磁性部３ｃとしてもよく、図９（ｂ）の断面図に示すように、上記実施の形態３において、コア４の軸方向につながった島状の非磁性部４ｂとしてもよい。
【００３１】
このように、島状の非磁性部３ｃ，４ｂとすることによって、非磁性部の厚さを薄くし、ダイ３とコア４との間の距離（キャビティの内周と外周との距離）を小さくすることができ、配向時におけるキャビティ内の磁気抵抗を小さくすることができるので、キャビティにおける配向磁場を強くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明のリング磁石成形金型を用いることにより、永久磁石モータ等の回転電機のインナーロータに用いられるリング磁石の特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明に係るリング磁石成形金型で成形されたリング磁石成形体の一例を示す平面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。
【図２】リング磁石成形体を積層したリング磁石を示す平面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。
【図３】この発明に係るリング磁石成形金型の実施の形態１を示す斜視図（ａ）、平面図（ｂ）及びＡ−Ａ断面図（ｃ）である。
【図４】ラジアル配向の磁場生成を示す断面図である。
【図５】配向磁場成形後のリング磁石成形体における磁性粉末の充填状態を示す平面図である。
【図６】キャビティ内の磁束密度分布を示している。
【図７】この発明に係るリング磁石成形金型の実施の形態２を示す断面図である。
【図８】この発明に係るリング磁石成形金型の実施の形態３を示す平面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。
【図９】この発明に係るリング磁石成形金型の実施の形態１及び３における別の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  リング磁石、１ａ  リング磁石成形体、２  リング磁石成形金型、３  ダイ、
３ａ  強磁性体、３ｂ  ホール、３ｃ，４ｂ  非磁性リング、３ｄ  段付き部、
４  コア、５  キャビティ、６  パンチ、７  磁石、８  配向磁場。
【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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【図６】
2005079423.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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