(57)【要約】【課題】１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されたときに、この三相モータのトルクリップルを低減することが可能なモータ用永久磁石を提供する。【解決手段】１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用される円筒状のモータ用永久磁石１では、モータ用永久磁石１の周方向において、Ｎ極とＳ極とが交互に着磁され、モータ用永久磁石１の軸方向におけるモータ用永久磁石１の一方の端面１ｃには、円環状に配列される複数のゲート跡１ｅが形成されている。軸方向から見たときの、周方向におけるＮ極とＳ極との境界を磁極境界１ａとし、周方向におけるＮ極の中心およびＳ極の中心を磁極中心１ｂとすると、軸方向から見たときに、周方向で隣り合うゲート跡１ｅ同士の周方向の中心のそれぞれは、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間のそれぞれに配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用される円筒状のモータ用永久磁石において、
前記モータ用永久磁石の周方向において、Ｎ極とＳ極とが交互に着磁され、
前記モータ用永久磁石の軸方向における前記モータ用永久磁石の一方の端面には、円環状に配列される複数のゲート跡が形成され、
前記軸方向から見たときの、前記周方向におけるＮ極とＳ極との境界を磁極境界とし、前記周方向におけるＮ極の中心およびＳ極の中心を磁極中心とすると、
前記軸方向から見たときに、前記周方向で隣り合う前記ゲート跡同士の前記周方向の中心のそれぞれは、前記周方向における前記磁極境界と前記磁極中心との間のそれぞれに配置されていることを特徴とするモータ用永久磁石。
【請求項２】
前記モータ用永久磁石の一方の端面には、前記モータ用永久磁石の磁極数の２倍の数の前記ゲート跡が形成され、
前記軸方向から見たときに、複数の前記磁極境界のそれぞれ、および、複数の前記磁極中心のそれぞれの少なくともいずれか一方は、前記周方向において前記ゲート跡と一致する位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載のモータ用永久磁石。
【請求項３】
前記軸方向から見たときに、複数の前記磁極境界のそれぞれ、および、複数の前記磁極中心のそれぞれは、前記周方向において複数の前記ゲート跡のそれぞれと一致する位置に配置されていることを特徴とする請求項２記載のモータ用永久磁石。
【請求項４】
１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用される円筒状のモータ用永久磁石であって、前記モータ用永久磁石の周方向においてＮ極とＳ極とが交互に着磁されるモータ用永久磁石の製造方法において、
前記モータ用永久磁石の軸方向から見たときの、前記周方向におけるＮ極とＳ極との境界を磁極境界とし、前記周方向におけるＮ極の中心およびＳ極の中心を磁極中心とすると、
前記軸方向の一端側に配置されるとともに円環状に配列される複数のゲートから金型内に材料粉を注入して円筒状の磁石基材を射出成形する射出成形工程と、
前記射出成形工程時に形成された複数のウェルドラインのそれぞれが、前記軸方向から見たときに、前記周方向における前記磁極境界と前記磁極中心との間のそれぞれに配置されるように前記磁石基材を着磁する着磁工程とを備えることを特徴とするモータ用永久磁石の製造方法。
【請求項５】
前記モータ用永久磁石には、前記モータ用永久磁石の磁極数の２倍の数の前記ウェルドラインが形成され、
前記着磁工程では、前記軸方向から見たときに、前記ウェルドラインが、前記周方向において前記磁極境界と前記磁極中心との間の略中心に配置されるように前記磁石基材を着磁することを特徴とする請求項４記載のモータ用永久磁石の製造方法。
【請求項６】
前記周方向で隣り合う前記ゲートの径が異なっていることを特徴とする請求項４または５記載のモータ用永久磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されるモータ用永久磁石に関する。また、本発明は、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されるモータ用永久磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１２０°矩形波通電方式によって駆動される三相モータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の三相モータは、ＤＣブラシレスモータであり、永久磁石を有するロータと、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを有するステータとを備えている。また、従来、モータ等で使用されるマグネットロータが知られている（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２に記載のマグネットロータでは、マグネットロータの周方向においてＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。また、このマグネットロータでは、マグネットロータの製造時に形成されるウェルドラインと、Ｎ極とＳ極との境目（磁極の境目）とがほぼ一致している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８８０７８号公報
【特許文献２】特開２０００−３４１９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された三相モータにおいて、モータの特性を高めるためには、トルクリップル（モータの回転時のトルクの変動量）は小さい方が好ましい。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されたときに、この三相モータのトルクリップルを低減することが可能なモータ用永久磁石を提供することにある。また、本発明の課題は、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されたときに、この三相モータのトルクリップルを低減することが可能となるモータ用永久磁石の製造方法を提供することにある。
【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、本願発明者は、種々の検討を行った。特に本願発明者は、モータ用永久磁石の製造時に形成されるゲート跡（ゲート痕）やウェルドラインの位置と、モータ用永久磁石の磁極の位置との関係に着目して、種々の検討を行った。その結果、本願発明者は、ゲート跡やウェルドラインの位置とモータ用永久磁石の磁極の位置とが所定の関係を満足していれば、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータにモータ用永久磁石が使用されたときの三相モータのトルクリップルを低減することが可能になることを知見するに至った。
【０００７】
本発明のモータ用永久磁石は、かかる新たな知見に基づくものであり、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用される円筒状のモータ用永久磁石において、モータ用永久磁石の周方向において、Ｎ極とＳ極とが交互に着磁され、モータ用永久磁石の軸方向におけるモータ用永久磁石の一方の端面には、円環状に配列される複数のゲート跡が形成され、軸方向から見たときの、周方向におけるＮ極とＳ極との境界を磁極境界とし、周方向におけるＮ極の中心およびＳ極の中心を磁極中心とすると、軸方向から見たときに、周方向で隣り合うゲート跡同士の周方向の中心のそれぞれは、周方向における磁極境界と磁極中心との間のそれぞれに配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のモータ用永久磁石では、軸方向から見たときに、周方向で隣り合うゲート跡同士の周方向の中心のそれぞれは、周方向における磁極境界と磁極中心との間のそれぞれに配置されている。そのため、本発明のモータ用永久磁石では、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されたときに、この三相モータのトルクリップルを低減することが可能になる。
【０００９】
本発明において、モータ用永久磁石の一方の端面には、モータ用永久磁石の磁極数の２倍の数のゲート跡が形成され、軸方向から見たときに、複数の磁極境界のそれぞれ、および、複数の磁極中心のそれぞれの少なくともいずれか一方は、周方向においてゲート跡と一致する位置に配置されていることが好ましい。また、この場合には、軸方向から見たときに、複数の磁極境界のそれぞれ、および、複数の磁極中心のそれぞれは、周方向において複数のゲート跡のそれぞれと一致する位置に配置されていることがより好ましい。このように構成すると、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータにモータ用永久磁石が使用されたときに、この三相モータのトルクリップルをより低減することが可能になる。
【００１０】
また、上述の新たな知見に基づいて、本発明のモータ用永久磁石の製造方法は、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用される円筒状のモータ用永久磁石であって、モータ用永久磁石の周方向においてＮ極とＳ極とが交互に着磁されるモータ用永久磁石の製造方法において、モータ用永久磁石の軸方向から見たときの、周方向におけるＮ極とＳ極との境界を磁極境界とし、周方向におけるＮ極の中心およびＳ極の中心を磁極中心とすると、軸方向の一端側に配置されるとともに円環状に配列される複数のゲートから金型内に材料粉を注入して円筒状の磁石基材を射出成形する射出成形工程と、射出成形工程時に形成された複数のウェルドラインのそれぞれが、軸方向から見たときに、周方向における磁極境界と磁極中心との間のそれぞれに配置されるように磁石基材を着磁する着磁工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のモータ用永久磁石の製造方法では、着磁工程において、複数のウェルドラインのそれぞれが、軸方向から見たときに、周方向における磁極境界と磁極中心との間のそれぞれに配置されるように磁石基材を着磁している。そのため、本発明の製造方法で製造されたモータ用永久磁石が、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されると、この三相モータのトルクリップルを低減することが可能になる。
【００１２】
本発明において、モータ用永久磁石には、モータ用永久磁石の磁極数の２倍の数のウェルドラインが形成され、着磁工程では、軸方向から見たときに、ウェルドラインが、周方向において磁極境界と磁極中心との間の略中心に配置されるように磁石基材を着磁することが好ましい。このように構成すると、この製造方法で製造されたモータ用永久磁石が、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されたときに、この三相モータのトルクリップルをより低減することが可能になる。
【００１３】
本発明において、たとえば、周方向で隣り合うゲートの径が異なっている。この場合には、周方向におけるウェルドラインの位置を調整することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明のモータ用永久磁石では、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されたときに、この三相モータのトルクリップルを低減することが可能になる。また、本発明のモータ用永久磁石の製造方法で製造されたモータ用永久磁石が、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに使用されると、この三相モータのトルクリップルを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態にかかるモータ用永久磁石の側面図である。
【図２】図１のＥ−Ｅ断面の構成を説明するための拡大断面図である。
【図３】（Ａ）は、図１に示す永久磁石が使用された三相モータのトルクリップルのシミュレーション結果を説明するためのグラフであり、（Ｂ）は、比較例にかかる永久磁石が使用された三相モータのトルクリップルのシミュレーション結果を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
（モータ用永久磁石の構成および製造方法）
図１は、本発明の実施の形態にかかるモータ用永久磁石１の側面図である。図２は、図１のＥ−Ｅ断面の構成を説明するための拡大断面図である。
【００１８】
本形態のモータ用永久磁石１（以下、「永久磁石１」とする）は、三相モータ（図示省略）に使用される円筒状の磁石である。具体的には、永久磁石１は、１２０°矩形波通電方式（矩形波駆動）で駆動される三相モータに使用される磁石である。この三相モータは、ＤＣブラシレスモータであり、たとえば、永久磁石１を有するロータと、ロータの外周側に配置されるステータとを備えている。すなわち、この三相モータは、インナーロータ型のモータである。また、この三相モータのステータは、Ｕ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルとを備えており、この三相モータでは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの通電状態の切替が行われて、ロータが回転する。
【００１９】
永久磁石１は、異方性磁石である。この永久磁石１は、肉厚の円筒状に形成されている。以下の説明では、円筒状に形成される永久磁石１の軸方向を「軸方向」とし、永久磁石１の周方向（円周方向）を「周方向」とする。
【００２０】
永久磁石１の外周面には、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。本形態では、永久磁石１の外周面に４極の磁極が着磁されている。すなわち、永久磁石１の外周面には、２個のＮ極と２個のＳ極とが交互に着磁されている。周方向におけるＮ極とＳ極との境界を磁極境界１ａとし、周方向におけるＮ極の中心およびＳ極の中心（すなわち、磁極の中心）を磁極中心１ｂとすると、軸方向から見たときに、永久磁石１の中心に対して９０°ピッチで４個の磁極境界１ａが配置され、永久磁石１の中心に対して９０°ピッチで４個の磁極中心１ｂが配置されている。また、軸方向から見たときに、４個の磁極境界１ａと４個の磁極中心１ｂとが４５°ピッチで交互に配置されている。
【００２１】
軸方向における永久磁石１の一方の端面（一端面）１ｃには、軸方向の他方側に向かって窪む円形状の複数の凹部１ｄが形成されている。本形態では、周方向に沿って円環状に配列される８個の凹部１ｄが永久磁石１の一端面１ｃに形成されている。８個の凹部１ｄは、周方向において一定のピッチで配列されている。すなわち、８個の凹部１ｄは、軸方向から見たときに、永久磁石１の中心に対して４５°ピッチで配列されている。
【００２２】
凹部１ｄの底面の中心には、永久磁石１の製造時に使用される金型５のゲート５ａの跡であるゲート跡（ゲート痕）１ｅが形成されている。すなわち、永久磁石１の一端面１ｃには、周方向に沿って一定のピッチで円環状に配列される８個のゲート跡１ｅが形成されている。また、永久磁石１の一端面１ｃには、永久磁石１の磁極数の２倍の数のゲート跡１ｅが形成されている。ゲート跡１ｅは、たとえば、円形の略平面状に形成されており、ゲート跡１ｅの表面は、梨地状をなす粗面となっている。
【００２３】
８個のゲート跡１ｅのそれぞれは、軸方向から見たときに、周方向において４個の磁極境界１ａのそれぞれまたは４個の磁極中心１ｂのそれぞれと一致する位置に配置されている。すなわち、軸方向から見たときに、４個の磁極境界１ａのそれぞれ、および、４個の磁極中心１ｂのそれぞれは、周方向において８個のゲート跡１ｅのそれぞれと一致する位置に配置されている。また、軸方向から見たときに、周方向で隣り合うゲート跡１ｅ同士の周方向の中心のそれぞれは、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間の中心（より具体的には、周方向で隣り合う磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの周方向の中心）のそれぞれと、周方向において一致する位置に配置されており、周方向で隣り合うゲート跡１ｅ同士の周方向の中心のそれぞれは、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間のそれぞれに配置されている。
【００２４】
そのため、本形態では、軸方向から見たときに、永久磁石１の射出成形時に形成される８個のウェルドライン１ｆのそれぞれが、周方向において磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間のそれぞれの略中心に配置されている。すなわち、軸方向から見たときに、８個の複数のウェルドライン１ｆのそれぞれは、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間のそれぞれに配置されている。また、永久磁石１には、永久磁石１の磁極数の２倍の数のウェルドライン１ｆが形成されている。また、本形態では、軸方向から見たときに、円形状に形成されるゲート跡１ｅの中心が、周方向において磁極境界１ａまたは磁極中心１ｂと一致している。
【００２５】
以上のように構成された永久磁石１は、たとえば、以下のように製造される。まず、金型５および金型５と組み合わされる金型（図示省略）の中に８個のゲート５ａから永久磁石１の材料粉を注入して円筒状の磁石基材を射出成形する（射出成形工程）。８個のゲート５ａは、軸方向の一端側に配置されるとともに周方向に沿って一定のピッチで円環状に配列されている。また、８個のゲート５ａの径は、等しくなっている。射出成形工程は、磁場成形機で行われる。すなわち、磁石基材は、磁界中で射出成形される。
【００２６】
その後、磁石基材を焼結させるとともに、磁石基材に対して脱磁処理等の所定の処理を行った後、射出成形工程時に形成された複数のウェルドライン１ｆのそれぞれが、軸方向から見たときに、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間のそれぞれに配置されるように磁石基材を着磁する（着磁工程）。具体的には、８個のウェルドライン１ｆのそれぞれが、周方向において磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間のそれぞれの略中心に配置されるように磁石基材を着磁する。
【００２７】
（トルクリップルのシミュレーション）
図３（Ａ）は、図１に示す永久磁石１が使用された三相モータのトルクリップルのシミュレーション結果を説明するためのグラフであり、図３（Ｂ）は、比較例にかかる永久磁石が使用された三相モータのトルクリップルのシミュレーション結果を説明するためのグラフである。
【００２８】
図１に示す永久磁石１が使用された三相モータにおいて、図３（Ａ）の通電波形に示すように、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに電流を供給すると、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの逆起波形、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルのトルク波形、および、三相の合成トルクのそれぞれは、図３（Ａ）に示すようになる。なお、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの通電波形からわかるように、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータでは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルのうちの２つの相のコイルが順次、通電状態になる。
【００２９】
また、軸方向の一端面に４個のゲート跡が形成されるとともに、軸方向から見たときに周方向において４個のウェルドラインのそれぞれが磁極中心１ｂと一致する位置に配置された比較例にかかる永久磁石が使用された三相モータにおいて、図３（Ｂ）の通電波形に示すように、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに電流を供給すると（すなわち、永久磁石１が使用された三相モータと同様にＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに電流を供給すると）、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの逆起波形、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルのトルク波形、および、三相の合成トルクのそれぞれは、図３（Ｂ）に示すようになる。なお、比較例にかかる永久磁石は、周方向においてウェルドラインが磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間の略中心に配置されていない点を除いて、永久磁石１と同様に形成されている。
【００３０】
周方向において磁極中心１ｂと一致する位置にウェルドラインが配置されている比較例にかかる永久磁石が使用された三相モータでは、図３（Ｂ）に示すように、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの逆起波形がきれいな正弦波になる。一方、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間の略中心にウェルドライン１ｆが配置されている永久磁石１が使用された三相モータでは、図３（Ａ）に示すように、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの逆起波形が、ウェルドライン１ｆに対応する箇所（丸で囲まれた箇所）で落ち込む。すなわち、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの逆起波形が、逆起波形のピークの両側で落ち込む。そのため、三相合成トルクのグラフからわかるように、永久磁石１が使用された三相モータのトルクリップルは、比較例にかかる永久磁石が使用された三相モータのトルクリップルよりも小さくなる。
【００３１】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、８個のゲート跡１ｅのそれぞれは、軸方向から見たときに、周方向において４個の磁極境界１ａのそれぞれまたは４個の磁極中心１ｂのそれぞれと一致する位置に配置されており、８個のウェルドライン１ｆのそれぞれは、周方向において磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間のそれぞれの略中心に配置されている。そのため、本形態の永久磁石１が使用される三相モータでは、上述のシミュレーション結果が示すように、トルクリップルを低減することが可能になる。すなわち、本形態では、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータに永久磁石１が使用されたときに、この三相モータのトルクリップルを低減することが可能になる。
【００３２】
（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。
【００３３】
上述した形態では、軸方向から見たときに、ゲート跡１ｅは、周方向において磁極境界１ａまたは磁極中心１ｂと一致する位置に配置されている。この他にもたとえば、周方向で隣り合うゲート跡１ｅ同士の周方向の中心が、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間に配置されて、ウェルドライン１ｆが、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間に配置されるのであれば、ゲート跡１ｅは、軸方向から見たときに、周方向において磁極境界１ａまたは磁極中心１ｂとずれていても良いし、周方向において磁極境界１ａおよび磁極中心１ｂとずれていても良い。また、この場合には、８個のゲート跡１ｅは、周方向において一定のピッチで配置されていなくても良い。
【００３４】
ただし、軸方向から見たときに、周方向において磁極境界１ａまたは磁極中心１ｂと一致する位置にゲート跡１ｅが配置されている方が、１２０°矩形波通電方式で駆動される三相モータにモータ用永久磁石１が使用されたときに、この三相モータのトルクリップルをより低減することが可能になる。
【００３５】
上述した形態では、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間に１個のウェルドライン１ｆが配置されているが、周方向における磁極境界１ａと磁極中心１ｂとの間に２個以上のウェルドライン１ｆが配置されても良い。また、上述した形態では、永久磁石１の外周面に４極の磁極が着磁されているが、永久磁石１の外周面に着磁される磁極の数は４極以外であっても良い。この場合には、永久磁石１に着磁される磁極の数に応じた数のゲート跡１ｅが永久磁石１に形成される。たとえば、永久磁石１の磁極数の２倍の数のゲート跡１ｅが永久磁石１に形成される。
【００３６】
上述した形態では、８個のゲート５ａの径は等しくなっているが、周方向で隣り合うゲート５ａの径が異なっていても良い。この場合には、周方向におけるウェルドライン１ｆの位置を調整することが可能になる。また、上述した形態では、永久磁石１が使用されるモータは、インナーロータ型のモータであるが、永久磁石１が使用されるモータは、アウターロータ型のモータであっても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１  永久磁石（モータ用永久磁石）
１ａ  磁極境界
１ｂ  磁極中心
１ｃ  一端面（一方の端面）
１ｅ  ゲート跡
１ｆ  ウェルドライン
５  金型
５ａ  ゲート
【図１】
2017184420.tif 000003
【図２】
2017184420.tif 000004
【図３】
2017184420.tif 000005