(57)【要約】【課題】  各磁石の位置決め精度が高い磁石複合構造体を提供する。【解決手段】  基体２に複数の磁石３が配列固定された磁石複合構造体である。基体２は配列される磁石３を位置決めする基準を有する。例えば基体２は断面Ｌ字状に折り曲げられた２平面を基準面２Ａ，２Ｂとして有し、これら基準面２Ａ，２Ｂにより位置決めされて磁石３が配列固定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に複数の磁石が配列固定されてなり、前記基体は配列される磁石を位置決めする基準を有することを特徴とする磁石複合構造体。
【請求項２】
前記基体は２以上の基準面を有し、これら基準面により位置決めされて前記磁石が配列されていることを特徴とする請求項１記載の磁石複合構造体。
【請求項３】
前記基体は、断面Ｌ字状に折り曲げられた２平面を前記基準面として有することを特徴とする請求項２記載の磁石複合構造体。
【請求項４】
前記基準面の寸法は、対応する磁石寸法の５０％以上であり、且つ前記磁石寸法に０．５ｍｍを加えた値以下であることを特徴とする請求項２または３記載の磁石複合構造体。
【請求項５】
前記基体の厚さが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の磁石複合構造体。
【請求項６】
前記磁石は、少なくとも基体の１面に接着固定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の磁石複合構造体。
【請求項７】
前記基体は、非磁性材により形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の磁石複合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばモータ等の応用製品に組み込まれる磁石複合構造体に関し、精度の高いアセンブリが可能な磁石複合構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば各種モータ等の応用製品においては、磁石の組み込みが必須であり、これまで磁石を単体でアッセンブリすることが行われている。近年、モータ等の磁石利用製品では精密化や高特性化が著しく進んでおり、より高特性な磁石が要求されている。一方で、磁石が大型化すると渦電流による発熱や損失等が問題となり、その対策が望まれている。
【０００３】
このような状況から、磁石を複数の小さな磁石に分割し、それらをまとめて取り扱う形態が提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２等を参照）。特許文献１には、複数の磁石片からなる磁石体の所要の外周面が、高強度繊維体で締結一体化されたモータ用磁石、及びこれをロータ内に埋め込んだモータが開示されている。特許文献１記載の発明では、前記構成を採用することで、分割した磁石片を容易に一体化でき、さらには渦電流損失を低減することができるとしている。
【０００４】
特許文献２には、複数の分割磁石と、該分割磁石を接着するための該分割磁石の接合面に配される、絶縁基材と接着剤を含む絶縁シートとを含んでなるモータ用永久磁石が開示されており、前記構成により分割磁石を容易に接着し、磁石に発生する渦電流の低減と、分割磁石間の絶縁性を確保するようにしている。
【０００５】
さらに、磁石の取り付けを簡便なものとし、且つ破損防止のために、磁石片を接着シートや金属薄板に固定してからモータ等に取り付ける方法も提案されている（例えば、特許文献３乃至特許文献５等を参照）。
【０００６】
具体的には、先ず特許文献３には、ヨーク外周面に複数個の永久磁石片を固着して形成する電動機の永久磁石回転子の製造方法において、永久磁石片をシート上に所要数を仮止めし、そのシートごと永久磁石片をヨーク外周面に巻き付け、永久磁石片を所望の固着位置に配置する永久磁石回転子の製造方法が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、底面が矩形の永久磁石片が長方形の金属製の薄板上に該薄板の長手方向に１列に近接して配置された帯状体を得る工程と、外周面が永久磁石片の配列個数と同数の面数を有し、かつ、外周面を構成する各面が永久磁石片の底面と略等しい平面形状とする正多角形柱状の磁石保持部を作製する工程と、薄板を隣り合う永久磁石片間の部位で折り曲げて、永久磁石片を各面に位置させて帯状体を磁石保持部の外周面に巻き付ける工程と、帯状体を磁石保持部に巻き付ける工程に先立って永久磁石片を着磁する工程と、磁石保持部の外周面に巻き付けられた永久磁石片を内包するように円筒形のスペーサを装着する工程と、永久磁石片とスペーサの間に磁性バインダを充填する工程とを備えた円筒形永久磁石回転子の製造方法が開示されている。
【０００８】
特許文献５には、永久磁石をロータコアに設けたスリット孔に挿入する際に、スリット孔と永久磁石の間に接着シートを介し、永久磁石をスリット孔に固定する永久磁石の固定方法が開示されており、これにより永久磁石をロータコアに挿入する際の磁石の割れや欠けを防止するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−８６６７１号公報
【特許文献２】特開２００３−１６４０８３号公報
【特許文献３】特開平５−１９１９３８号公報
【特許文献４】特開２００２−２７２０６６号公報
【特許文献５】特開平９−１６３６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、複数の磁石をまとめて取り扱う場合において、各磁石の寸法精度に関しては、これまで全くと言ってよいほど考慮されていない。複数の磁石をまとめて取り扱う場合、個々の磁石の位置が微妙にズレる危険性があり、それにより実際の磁界分布と設計上の磁界分布にズレが生じ、コギング等の動作ムラを引き起こす危険性がある。
【００１０】
前記各特許文献に記載されるような従来技術では、取り扱いの簡便性を向上することや、割れや欠け等の発生を防止することはできても、各磁石の取り付け位置の高精度化は実現することができない。
【００１１】
本発明は、前述の従来の実情に鑑みて提案されたものであり、アセンブリを簡便に行うことが可能で、しかも各磁石の位置決め精度を高めることができ、高精度化を実現することが可能な磁石複合構造体を提供することを目的とする。また、本発明は、強度の点においても優れた特性を有し、例えば着磁された磁石が脱落し難い構造の磁石複合構造体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】
【００１２】
前述の目的を達成するために、本発明の磁石複合構造体は、基体に複数の磁石が配列固定されてなり、前記基体は配列される磁石を位置決めする基準を有することを特徴とする。例えば、前記基準として前記基体が２以上の基準面を有し、これら基準面により位置決めされて前記磁石が配列されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記構成に加えて、前記基体は断面Ｌ字状に折り曲げられた２平面を前記基準面として有することを特徴とする。さらに、前記基準面の寸法は、対応する磁石寸法の５０％以上であり、且つ前記磁石寸法に０．５ｍｍを加えた値以下であることを特徴とする。さらにまた、前記基体の厚さが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする。さらにまた、前記磁石は、少なくとも基体の１面に接着固定されていることを特徴とする。さらにまた、前記基体は、非磁性材により形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の磁石複合構造体においては、先ず、複数の磁石が基体に配列固定された状態で取り扱われるので、取り扱いが簡便である。例えばモータのロータスロット等に挿入する場合には、単体磁石と同様に取り扱いアッセンブリすることが可能である。
【００１５】
また、本発明の磁石複合構造体では、各磁石が基体を基準として位置決めされた状態で固定される。例えば、基体が２つの基準面を有する場合、磁石の２つの面がこれら基準面に突き当てられ、その結果、各磁石の位置が一義的に決まり、位置決め精度が高精度に維持される。したがって、例えば設計の磁界分布と実際の磁界分布とが良く一致する。
【００１６】
さらに、本発明の磁石複合構造体においては、各磁石が基体に固定されているので、強度の点でも有利である。各磁石をまとめて取り扱う場合、従来構造では、互いの接合面同士が接着されるのみである。前記磁石間の接着のみであると、例えば前記接着面と平行に各磁石を着磁すると、着磁あるいはアセンブリの際に脱落し易く、強度向上が課題となる。本発明の磁石複合構造体では、各磁石が基体に固定されるので強度が十分に確保され、着磁された場合でも脱落し難い構造となっている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の磁石複合構造体によれば、アセンブリを簡便に行うことが可能で、しかも各磁石の位置決め精度を高めることができ、高精度化を実現することが可能である。また、本発明の磁石複合構造体によれば、各磁石の固定強度も十分に確保することができ、例えば着磁された磁石が脱落し難い構造とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した磁石複合構造体の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１（ａ）は、本発明を適用した磁石複合構造体の一例を示すものであり、図１（ｂ）はこれに用いられる基体２を示すものである。磁石複合構造体１は、Ｌ字状に折り曲げられた基体２に直方体形状の磁石３を複数配列固定してなるものである。すなわち、本実施形態の磁石複合構造体１は、Ｌ字状に折り曲げられた基体２の２つの平面２Ａ，２Ｂを基準面とし、これら基準面により各磁石３の２つの面を位置決め固定しこれら磁石３を一列に配列した構造を有している。
【００２０】
基体２は、非磁性材により形成されることが好ましく、さらに絶縁性を有することが好ましい。また、基体２は磁石３に対して位置決めの基準となるものであるので、ある程度の剛性を有する必要がある。基体２が柔軟であると、位置決めとして役割を果たせなくなるおそれがある。このような観点から、例えばステンレス等の金属板やプラスチック板等が使用可能である。特に、磁石複合構造体１の強度を重視する場合には、ステンレス等の金属板を用いることが好ましい。一方、絶縁性や軽量化重視の場合には、プラスチック板が好ましい。プラスチック板は、入手が容易であり、絶縁性が高く、非磁性であり、軽量である。なお、前記ステンレス等の金属板及びプラスチック板は、いずれも擦れにより傷が発生したとしても脱落粉が発生し難い材質であるという特徴を有しており、磁石複合構造体１の挿入取り付け時に前記脱落粉が問題になることもない。
【００２１】
また、前記基体２については、厚さを適正に設定することが好ましい。前記磁石複合構造体１は、磁石３に基体２が付帯した状態で例えばモータのロータスロット等に挿入される。したがって、基体２の厚さがあまり厚くなると、磁石３の占有体積が小さくなり、表面磁束が低下するおそれがある。逆に、基体２の厚さがあまり薄いと、強度を確保することが難しくなり、磁石３に対する基準としての役割を果たさなくなるばかりか、基体２の変形や破損等が容易に起こるという問題も生ずるおそれがある。したがって、これらの観点から基体２の厚さは０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍとすることが好ましい。より好ましくは０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。
【００２２】
磁石３としては任意の磁石を用いることができ、その種類は問わないが、磁石複合構造体１の磁気特性の向上という観点からは、例えば希土類焼結磁石が好ましい。希土類焼結磁石は、例えば希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素を主成分とするものであり、磁石組成は特に限定されず、用途等に応じて任意に選択すればよい。例えば、希土類元素Ｒとは、具体的にはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ又はＬｕのことをいい、これらから１種又は２種以上を用いることができる。中でも、資源的に豊富で比較的安価であることから、希土類元素Ｒとしての主成分をＮｄとすることが好ましい。遷移金属元素Ｔは、従来から用いられている遷移金属元素をいずれも用いることができ、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等から１種又は２種以上を用いることができる。これらの中では、磁気特性の点からＦｅを主体とすることが好ましく、特に、キュリー温度の向上、粒界相の耐蝕性向上等に効果があるＣｏを添加することが好ましい。また、前記希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂのみならず、他の元素の含有を許容する。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｖ、Ａｇ、Ｇｅ等の元素を適宜含有させることができる。
【００２３】
前記磁石３は、図２（ａ）に示すように、一端面３ａを基体２の垂直な基準面２Ａに突き当てることで図中左右方向の位置決めがなされ、底面３ｂを基体２の水平な基準面２Ｂで支持することにより、図中上下方向の位置決めがなされる。この時、各基準面２Ａ，２Ｂの寸法は、対応する磁石３の寸法の５０％以上であり、且つ前記磁石３の寸法に０．５ｍｍを加えた値以下とすることが好ましい。
【００２４】
例えば図２（ｂ）に示すように、磁石３の端面３ａの寸法（厚さ寸法）をＴ１とし、この端面３ａが突き当てられる基準面２Ａの高さをＴ２とした場合、Ｔ２≧０．５×Ｔ１とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｔ２≧０．８×Ｔ１である。また、図２（ｃ）に示すように、Ｔ２＞Ｔ１である場合には、Ｔ２−Ｔ１≦０．５ｍｍとすることが好ましく、Ｔ２−Ｔ１≦０．２ｍｍとすることがより好ましい。同様に、磁石３の長さ寸法Ｌ１についても、図２（ｂ）に示すように、底面３ｂが支持される基準面２Ｂの寸法をＬ２とした場合に、Ｌ２≧０．５×Ｌ１とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｌ２≧０．８×Ｌ１である。図２（ｃ）に示すように、Ｌ２＞Ｌ１である場合には、Ｌ２−Ｌ１≦０．５ｍｍとすることが好ましく、Ｌ２−Ｌ１≦０．２ｍｍとすることがより好ましい。
【００２５】
各基準面２Ａ，２Ｂの寸法が対応する磁石３の寸法の５０％未満であると、寸法精度が悪くなってしまう危険性がある。また、強度的な面を考慮すれば磁石３の寸法の８０％以上であることが好ましい。さらに、各基準面２Ａ，２Ｂの寸法は、対応する磁石３の寸法と同等か、少し大きい程度であることが好ましい。基準面２Ａ，２Ｂが磁石３からはみ出す寸法（前記Ｔ２−Ｔ１やＬ２−Ｌ１）が０．５ｍｍを越えると、アッセンブリの際に邪魔になるおそれがあり、また基体２によって決まる占有空間に対して磁石３の占有体積が小さくなり、磁気特性の点で不利になるおそれもある。前記寸法を０ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とすることで、磁石複合構造体１の取り付け時の割れ、欠け防止に効果があり、アセンブリの邪魔にならず、磁石３の寸法公差にも対応可能となる。磁気特性を考慮すると好ましくは０ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である。
【００２６】
前記各磁石３は、前記基体２に対して接着等により固定することが好ましい。この場合、少なくとも、磁石３の底面３ｂと基準面２Ｂ、若しくは、端面３ａと基準面２Ａのいずれかの面とを接着固定すればよい。好ましくは、前記底面３ｂの他、端面３ａと基準面２Ａの間も接着し、さらには各磁石３の互いに接触する面も接着する。これにより極めて強固な接着固定状態を実現することができる。
【００２７】
各磁石３と基体２の固定、あるいは磁石３同士の固定は、例えばエポキシ樹脂等の接着剤を用いて行ってもよいし、両面粘着シートによる貼り付けでもよい。接着剤によれば強固に固定できるというメリットがあり、粘着シートによれば簡便に固定できるというメリットがある。
【００２８】
なお、本実施形態の磁石複合構造体１では、前述の通り、各磁石３が基体２への接着等により強固に固定されるため、例えば図３に示すように、各磁石３間に絶縁層４を介在させることも可能である。前記絶縁層４を介在させることで、渦電流損失を小さくすることができる。絶縁層４としては、樹脂フィルムや紙等のシート状のものを用いることができ、予めシート状に形成したものを挟み込んでもよい。あるいは、磁石３の接合面に塗布等の手法によって形成してもよい。磁石３同士の接着のみにより複数の磁石を一体化した磁石構造体の場合、前記絶縁層４を介在させると強度を確保することが難しくなる。これに対して、本実施形態の磁石複合構造体１では、磁石３と基体２とを接着固定することで強度が確保されているので、前記絶縁層４を介在させることにより強度低下が問題になることはない。さらに強度向上を要求された場合には、絶縁層４としては、接着性を有する接着シートや粘着シートあるいは接着層であることが好ましい。
【００２９】
前述の構成を有する磁石複合構造体１においては、各磁石３の位置決めを精度良く行うことができ、磁石複合構造体１全体の寸法精度を高めることが可能である。したがって、例えばモータ等に組み込んだ場合、ロータとステータの間のギャップのばらつきを小さくすることができ、さらにその結果、ギャップを小さく設計することができる等、小型化や高性能化に寄与する。また、磁石３同士の接着のみならず磁石３と基体２の間においても接着等により固定されているので、磁石複合構造体１の強度を高めることができ、これにより磁石３が着磁された場合にも脱落し難い構造とすることができる。さらに、複数の磁石３を基体２に固定した状態で一括して取り扱うことができるので、アッセンブリを簡便に行うことができ、挿入アッセンブリの際に磁石３が基体２によって保護された形になり、磁石３の割れや欠けを防止することができる。基体２がないと、磁石３のエッジやコーナー部が露出することになり、割れや欠けが発生し易い。例えばモータ等においては、ロータとステータの間に磁石３の割れや欠けによって発生した脱落物が入り込むと、回転がロックし重大な故障を引き起こすおそれがある。これに対し、本実施形態の磁石複合構造体１を用いれば、前記割れや欠けの発生を抑えることができ、前記故障を確実に回避することが可能である。
【００３０】
実際、４ｍｍ×１９．５ｍｍ×５ｍｍの磁石を用い、これをＬ字状に折り曲げられた基体（Ｌ字状の基体）に８本重ねて図１に示すような磁石複合構造体を作製した。この時、Ｌ字状の基体の寸法は３２．５５ｍｍ×１９．７ｍｍ×５．２５ｍｍとし、肉厚は０．１５ｍｍとした。８本重ねた磁石体のサイズは３２．３５ｍｍ×１９．５ｍｍ×５ｍｍであり、前記Ｌ字状の基体の寸法が約０．２ｍｍ大きい。各磁石とＬ字状の基体の基準面２Ｂの間はエポキシ樹脂で接着し、また、各磁石間もエポキシ樹脂を用いて接着した。各磁石の着磁方向は基準面２Ｂに対して垂直方向とした。これにより、寸法精度に優れ、強度も著しく高い磁石複合構造体を作製することができた。また、作製した磁石複合構造体をモータのロータスロットに挿入したところ、あたかも１つの磁石を取り扱うように円滑に挿入を行うことができ、割れや欠けの発生も皆無であった。
【００３１】
以上、本発明を適用した磁石複合構造体の実施形態について説明してきたが、本発明がこの実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下、磁石複合構造体１の変形例について説明する。
【００３２】
図４（ａ）は、直交する３つの基準面２Ａ，２Ｂ，２Ｃを設けた基体２の一例を示すものである。図４（ｂ）に示すように、基準面２Ａは磁石３の端面３ａを、基準面２Ｂは磁石３の底面３ｂをそれぞれ支持するが、本例の場合、基準面２Ｃが最も端に位置する磁石３の側面を支持する。このように、直交する３面を基準面とすることにより、配列される磁石３は空間座標において完全に固定され、いずれの方向にも位置ズレが生ずることはない。また、基準面２Cから挿入アッセンブリすることにより、磁石の割れや欠けを更に防止することが可能となる。
【００３３】
図５（ａ）は、磁石３の形状を上面が曲面を含む形状である場合、例えばカマボコ形状とした例を示すものである。磁石３において、基体２の基準面２Ａ，２Ｂと接する面は必ずしも全て平面である必要はない。前記カマボコ形状の磁石３においても、図５（ｂ）に示すように、底面３ｂを基準面２Ｂで支持した状態で円弧状の側面を基準面２Ａに突き当てれば、直方体形状の磁石３と同様、位置決め固定することが可能である。
【００３４】
図６（ａ）は、アーク形状の磁石３に対応して基体２の基準面２Ｂを円弧面とした例である。磁石３が突き当てられる基準面は、必ずしも平面でなくてもよく、基準面２Ｂをアーク形状の磁石３の内側円弧面と同じ曲率半径を有する円弧面とすれば、やはり基準面として機能する。したがって、図６（ｂ）に示すように、アーク形状の磁石３の円弧状の底面３ｂを円弧状の基準面２Ｂで支持し、端縁３ａを基準面２Ａに突き当てれば、先の実施形態と同様に位置決め固定することが可能である。
【００３５】
図７は、スキューを持たせた例である。図７（ａ）に示すように、基体２を段差構造とし、基準面２Ａを階段状に設置することで、図７（ｂ）に示すように、配列される磁石３に段差を持たせることができ、スキュー構造とすることができる。この場合、階段状の基準面２Ａがそれぞれ磁石３の位置決めの基準となり、磁石３に正確に段差を持たせることができる。その結果、精度良く、また再現性良くスキューした磁石複合構造体１を作製することができる。なお、前記基体２において、階段状の基準面２Ａは基体２を成形する金型を変更することにより形成してもよく、短冊状の部材を段差をもって組み合わせることにより形成してもよい。
【００３６】
さらに、図示は省略するが、例えばＬ字状の基体２を２つ組み合わせ、磁石３を包み込むような構造とすることも可能である。この場合、一方の基体２の基準面２Ａ，２Ｂを利用して磁石３の位置決めをし、他方の基体２は単なる保護面として利用することになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）は磁石複合構造体の一例を示す概略斜視図であり、（ｂ）は基体の一例を示す概略斜視図である。
【図２】（ａ）は基体と磁石の位置関係を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）は基準面と磁石の寸法関係を示す図である。
【図３】磁石間に絶縁シートを介在させた例を示す分解斜視図である。
【図４】（ａ）は直交する３面を基準面とした基体の一例を概略斜視図であり、（ｂ）はこれによる磁石の位置決め状態を示す。
【図５】（ａ）は磁石形状をカマボコ形状とした場合の磁石複合構造体を示す分解斜視図であり、（ｂ）はカマボコ形状を有する磁石の基体への突き当て状態を示す図である。
【図６】（ａ）は磁石形状をアーク形状とした場合の磁石複合構造体を示す分解斜視図であり、（ｂ）はアーク形状を有する磁石の基体への突き当て状態を示す図である。
【図７】（ａ）は階段状の基準面を有する基体への磁石の取り付け状態を示す概略平面図であり、（ｂ）はスキューをもった磁石複合構造体の概略平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  磁石複合構造体、２  基体、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  基準面、３  磁石、３ａ  端面、３ｂ  底面、４  絶縁層
【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】
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【図７】
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