(57)【要約】【課題】ボンド磁石部とこのボンド磁石部の周囲部分とが互いに密接する密接箇所を含む構成を意図したものであるが、ボンド磁石部のボンド磁石自体の収縮率が大きいため、溶融体の硬化に伴い外形寸法に収縮を生じた。【解決手段】鋼板シートの積層体からなる回転子コア９の磁石配置孔１１へ射出成形し、ボンド磁石部１０の埋設された様態を具備する回転子を構成する。その際に、射出成形に用いたボンド磁石組成物のポリアミドを主成分とする樹脂成分量を変化させることでボンド磁石部１０の密度と収縮率を制御する。【選択図】図１
2017060238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも固定子と回転子とを含む電動機要素であり、前記回転子は磁気的突極性を有する構成を含み、前記磁気的突極性を有する構成には、前記固定子からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのマグネットトルクを発生させるための複数のｄ軸磁束通路と、前記回転トルクの成分のうちのリラクタンストルクを発生させるための複数のｑ軸磁束通路とを含み、前記ｄ軸磁束通路各々の少なくとも一部分にボンド磁石部を含み且つ前記ｑ軸磁束通路各々の少なくとも一部分に前記ボンド磁石部と接する隣接部を含み、更に前記ボンド磁石部の構成要素には、少なくとも磁石粉末と樹脂材料とを含み、かつ前記ボンド磁石部とこのボンド磁石部の周囲部分とが互いに密接する密接箇所を含む電動機要素において、
前記ボンド磁石部は、ボンド磁石用コンパウンドを溶融させた溶融体を再び硬化させた再硬化体であり、再硬化体である前記ボンド磁石部の密度の下限値を６．０Ｍｇ／ｍ３とする電動機要素。
【請求項２】
請求項１記載の電動機要素を含む電動機。
【請求項３】
請求項１記載の電動機要素を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い磁気特性を有する高密度なボンド磁石を搭載する電動機要素、電動機及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電用、産業用、自動車用などに用いられる電動機要素に搭載される磁石には、フェライト磁石やネオジム焼結磁石、ネオジムボンド磁石などがある。特に高出力密度を求められる場合には、ネオジム系の磁石が使用される。ネオジム焼結磁石は現状、最も高い最大エネルギー積を有し、割れ、かけなどの課題はあるものの、機器の小型、高出力化に貢献している。
【０００３】
一方、ネオジムボンド磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石粉末を樹脂で固めた樹脂結合型の磁石である。ネオジムボンド磁石は樹脂成分を含むために、ネオジム焼結磁石に比較しＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石成分が少なく、磁気特性は低くなるが、ネオジム磁石のように割れ、かけの課題が少なく、一般に長尺、円筒、円筒かつ偏肉形状などの形状自由度が有効に働く、小型形状の電動機要素を中心に、機器の小型化、高出力化に貢献している。
【０００４】
このネオジムボンド磁石の代表的な作製方法には圧縮成形と射出成形がある。圧縮成形によるネオジムボンド磁石は、円筒形状の金型内で圧縮成形され、樹脂の硬化後に防錆処理が施され、電動機要素の回転子等に接着され電動機等に搭載される。この圧縮成形によるネオジムボンド磁石の成形体が生産性良く、高密度の磁石が作製できることもありネオジムボンド磁石では圧縮成形による磁石が広く用いられている。
【０００５】
一方、射出成形によるネオジムボンド磁石には特許文献１、特許文献２などに記されるように、圧縮成形によるボンド磁石に比較し、接着剤、接着工程不要や防錆処理不要などの利点もある。
【０００６】
特許文献１には、本発明のボンド磁石一体成形ロータは、電動機のシャフトの周囲にボンド磁石を一体に成形し、かつ円周方向に磁極を有するもので、隣接する磁極の中間部に対応するシャフトの表面部分に凹部を設けたものである。また、凹部の形状は湾曲状としてもよいし、平面形状にしてもよい、とありシャフトと一体成形することにより接着工程を省略し、割れのないロータを提供している。
【０００７】
また、特許文献２には、射出成形用の金型装置において、固定型は基体に対して移動板が移動可能になっている。弱い型締力で型閉して、キャビティ内にボンド用樹脂および磁粉からなる材料Ｃを充填する。つぎに、強い型締力で型閉して、基体と移動板とを閉じる。それに伴い、キャビティ内の材料が成形機側へ戻りながら、基体の凸部が可動型の凹部に嵌合してゲートが閉じる。その後、キャビティ内の材料はさらに圧縮される。成形されたボンド磁石Ｍにはゲート跡ができず、ボンド用樹脂がボンド磁石Ｍの全表面を隙間なく覆った状態になる。前記充填時のゲートは大きくてよいから、磁粉の配合比を大きくできる、としており、表面層を樹脂成分で隙間なく覆わせ防錆処理なしでのロータを提供している。
【０００８】
特に射出成形によるネオジムボンド磁石には、特許文献３、特許文献４などに記されるように極めて高い形状自由度があるため、リラクタンストルクの利用などの電動機要素としての性能向上も期待される。
【０００９】
特許文献３には、電磁鋼板を打抜いた回転子コア用の鋼板シートを複数枚積層した回転子コアの半径方向に、各極あたり複数層設けたスリットへ樹脂中に永久磁石材料の粉末を分散さえた液状ボンド磁石を注入し、硬化させた後着磁することで、極めて自由度の高い形状の永久磁石を回転子コアに埋設した電動機要素を実現している。
【００１０】
特許文献４には、内転型の永久磁石電動機において、回転子のコアの１極当りを所定間隔の多層構造とした４つの断面円弧状のスリットにプラスチックマグネットを形成してなる磁石で構成し、これら４層の断面円弧状のプラスチックマグネットの頂点を上記の回転子のコアの中心孔に向けて同４層のプラスチックマグネットを配置するとともに、これらプラスチックマグネットを四極数分だけ前記回転子コアの円周方向に等間隔に埋設することで、磁石を種々の形状とすることができ、多層構造を容易に実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２３７０４７号公報
【特許文献２】特開平９−２１９３１１号公報
【特許文献３】特開２０００−１９７３２０号公報
【特許文献４】特開平１１−２６２２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
少なくとも固定子と回転子とを含む電動機要素であり、前記回転子は磁気的突極性を有する構成を含み、前記磁気的突極性を有する構成には、前記固定子からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのマグネットトルクを発生させるための複数のｄ軸磁束通路と、前記回転トルクの成分のうちのリラクタンストルクを発生させるための複数のｑ軸磁束通路とを含み、前記ｄ軸磁束通路各々の少なくとも一部分にボンド磁石部を含み且つ前記ｑ軸磁束通路各々の少なくとも一部分に前記ボンド磁石部と接する隣接部を含み、更に前記ボンド磁石部の構成要素には、少なくとも磁石粉末と樹脂材料とを含む電動機要素において、以下の課題を見出した。
【００１３】
つまり、ボンド磁石部は、ボンド磁石用コンパウンドを溶融させた溶融体を再び硬化させた再硬化体であり、前記ボンド磁石部とこのボンド磁石部の周囲部分とが互いに密接する密接箇所を含む構成を意図したものであるが、ボンド磁石部のボンド磁石自体の収縮率が大きいため、溶融体の硬化に伴い外形寸法に収縮を生じた。そのため、前記ボンド磁石部とこのボンド磁石部の周囲部分とが互いに密接する密接箇所に隙間を生じ、この隙間によってパーミアンスも低下することになり、電動機要素の回転子は、所用の性能を十分に発揮し得ないものとなった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、多様な検討を行ったところ、ボンド磁石部のボンド磁石自体の密度を高める程に、ボンド磁石部に生じる収縮が小さなものとなる傾向を新規に見出した。その結果、後述に記す手段が課題解決に有効であることを見出した。
【００１５】
つまり、少なくとも固定子と回転子とを含む電動機要素であり、前記回転子は磁気的突極性を有する構成を含み、前記磁気的突極性を有する構成には、前記固定子からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのマグネットトルクを発生させるための複数のｄ軸磁束通路と、前記回転トルクの成分のうちのリラクタンストルクを発生させるための複数のｑ軸磁束通路とを含み、前記ｄ軸磁束通路各々の少なくとも一部分にボンド磁石部を含み且つ前記ｑ軸磁束通路各々の少なくとも一部分に前記ボンド磁石部と接する隣接部を含み、更に前記ボンド磁石部の構成要素には、少なくとも磁石粉末と樹脂材料とを含
み、かつ前記ボンド磁石部とこのボンド磁石部の周囲部分とが互いに密接する密接箇所を含む電動機要素において、
前記ボンド磁石部は、ボンド磁石用コンパウンドを溶融させた溶融体を再び硬化させた再硬化体であり、再硬化体である前記ボンド磁石部の密度の下限値を６．０Ｍｇ／ｍ３とする電動機要素である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電動機要素の回転子のボンド磁石部の密度を下限値として６．０Ｍｇ／ｍ３
とすることにより、ボンド磁石部の収縮率を０％に近く又は０％よりも大きな値にすることが可能となるため、射出成形時の収縮によって、回転子コアから磁石外れが起こることがなく、さらに、ボンド磁石部とこのボンド磁石部の周囲部分との間に隙間がなく、パーミアンスも低下のないボンド磁石部の磁気的性能を十分に発揮する回転子及び電動機要素の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明における電動機要素の回転軸に対して垂直な面の断面を示す断面図
【図２】ボンド磁石の密度と収縮率の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
（磁石粉末）
本発明において用いる磁石粉末の磁性材料の種類は、特に限定されないが、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、フェライト系磁石粉末又はこれらの混合物などから適宜選択する。
【００２０】
本発明の電動機要素には、上記磁石粉末の中でも、希土類系磁石粉末を用いることが好ましい。
【００２１】
更に、磁気特性を高めるために、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を用いることが特に好ましい。
【００２２】
なお、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、フェライト系磁石粉末、これら粉末には、長周期型周期表の第３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）及びランタノイド元素を含むものである。ランタノイド元素は、例えば、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビニウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等であり、これら元素のうち１種または２種以上の元素を上記粉末には含むものである。
【００２３】
また、耐熱性被膜で予め磁石粉末を被覆することで、磁石粉末の耐熱性を更に高めることができる。本発明において用いられる耐熱性被膜層とは、特に限定されないが、リン酸塩化合物であることが好ましい。
【００２４】
本発明においては、ボンド磁石における希土類系磁石粉末の含有量は、ボンド磁石全体に対して９３重量％〜９７重量％の範囲で混練の工程における不具合は無く好結果を得ている。また、希土類系磁石粉末の含有量は、ボンド磁石全体に対して９７重量％を超える場合や、９８重量％に至る場合では、混練の工程における不具合を得ている。なお、混練の工程における混練温度は、ボンド磁石に含む樹脂の種類に応じて好適な温度にて行う。
例えば、ポリアミド６樹脂の場合の混練の温度は、２５０℃程度である。また、ポリフェニレンサルファイド樹脂の場合の混練の温度は、３１０℃程度である。
【００２５】
なお、ボンド磁石全体に対して希土類系磁石粉末の含有量が９３重量％〜９７重量％のときの、ボンド磁石の成形体の密度の値は、約５．５５Ｍｇ／ｍ３から６．１Ｍｇ／ｍ３を確認している。
【００２６】
さらに、本発明の工程で採用した通常の樹脂成形の工程に加えて、得られた成形体に対して、更に複数回の再加圧や、加圧方法の複合化や、再加圧時の成形温度の再調整をするなどの新工程を加味することで、ボンド磁石の成形体の密度の値を更に数％程度高めることが可能である。このように、ボンド磁石の密度を高めて、ボンド磁石の磁気特性について高性能化を図ることが可能であり、本発明の電動機要素の回転子は、所望の性能を得ることが可能となる。
【００２７】
（その他添加剤）
また、ボンド磁石用のコンパウンドには、必要に応じて酸化防止剤、重金属不活性化剤、可塑剤、変性剤等の添加剤を含んでもよい。
【００２８】
（電動機要素の製造方法）
予め耐候性被膜の施された磁石粉末と、磁石粉末最表層と縮合反応可能な滑剤とを混合し、後に熱可塑性樹脂を加え、高温に加熱した混練押出機、ニーダー等に投入し、混練する。混練物をペレタイザ等でペレット状に加工することで、ボンド磁石用コンパウンドのペレットを作製する。
【００２９】
上述のボンド磁石用コンパウンドの溶融体を、射出成形機又はトランスファー成形機等を用いて、電動機要素の回転子の磁石配置孔へ充填し、構成要素としてボンド磁石を含む電動機要素を作製する。
【００３０】
なお、ボンド磁石部は、このボンド磁石からの磁力を、損失なく有効に作用させるために、ボンド磁石部の磁束方向に、少なくとも強磁性体、常磁性体、反磁性体のいずれかを含む構造体と接する構成を含むことが特に好ましい。
【００３１】
図１は、本発明の電動機要素の一構造例を示す断面図である。図１に示す電動機要素の極数とスロット数の組み合わせは、所謂、６極９スロットの集中巻の構成であり、９つのティース部に集中巻の巻装体を具備する固定子と、磁気的突極性を有する６つの磁極部を具備する回転子とを有する。
【００３２】
なお、本発明の電動機要素の構成は、これに限定されない。なお、図１の例示においては、１つのティース部５に巻線を巻いた集中巻による巻装体６を例示しているが、本発明はこれに限らない。例えば、複数のティース部５に渡って巻線を巻装する分布巻または波巻など種々の巻線の様態を採用可能である。
【００３３】
例えば、１０極９スロットの集中巻の構成、１０極１２スロットの集中巻の構成、１２極９スロットの集中巻の構成、１４極１２スロットの集中巻の構成、４極２４スロットの分布巻の構成、４極３６スロットの分布巻の構成、６極３６スロットの分布巻の構成、８極４８スロットの分布巻の構成、４極１２スロットの波巻の構成、４極１２スロットの波巻の構成、６極１８スロットの波巻の構成などの周知の極数とスロット数の組み合わせのいずれにも適用可能である。
【００３４】
図１に示すように、本実施例に示す電動機要素１４は、略円筒状の固定子１と、固定子
１の内側に回転自在に保持される回転子２とを有している。回転子２の中心にはシャフト孔３が設けられ、シャフト孔３にシャフト（図示せず）が挿通された状態で回転子２と前記シャフトとが固定されている。なお、シャフトの両端部には、シャフトを回転自在に支承する一対の軸受を具備する。図１においては、シャフト及び軸受については、自明な内容であり図示していない。
【００３５】
固定子１は、略円筒状のヨーク部４と、ヨーク部４の内側に延出するティース部５とを有する固定子の磁心７と、ティース部５の各々に絶縁電線を巻装して設ける巻装体６とを有している。ティース部５と巻装体６との間には、両者を電気的に絶縁するインシュレータ８が設けられている。また、回転子２は、円筒状の回転子コア９と、回転子２の周方向に複数（本例においては６つ）形成された磁石配置孔１１にボンド磁石部１０とを有している。
【００３６】
なお、巻装体６を構成する絶縁電線の芯線の材質には、不可避不純物と、銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかを含むものを用いる。
【００３７】
また、ボンド磁石部１０は、少なくとも磁石粉末と樹脂材料を含む。この磁石粉末の磁性材料の種類は、特に限定されないが、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、フェライト系磁石粉末又はこれらの混合物などから適宜選択する。また、ボンド磁石部１０の軸方向に対して垂直な面の断面形状は、略円弧形状の場合を示すが、こちらもこの形状に限定されるものではない。長方形、台形、Ｖ字形など、仕様に適した様態を適宜選択する。
【００３８】
また、本発明の電動機要素においては、回転子は磁気的突極性を有しており、図１に示すように、矢印１２の横切る回転子の部位は、ｄ軸磁束通路構成部であり、固定子からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのマグネットトルクを発生させる。また、矢印１３の横切る回転子の部位は、ｑ軸磁束通路構成部であり、固定子からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのリラクタンストルクを発生させる。
【００３９】
また、上述の方法で作製した電動機要素は、ボンド磁石が磁石配置孔に充填され、コアにより保持されているため、剛性も付与され、ボンド磁石の寸法変化及び強度劣化を抑制する。
【実施例１】
【００４０】
本実施例にて、本発明に関して、その詳細にさらに説明する。磁性粉末には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を用いる。具体的には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末としては、「モリコープ・マグネクエンチ社製：商品名  ＭＱＰ−１４−１２」等を用いる。この磁石粉末とポリアミド樹脂を主成分とするボンド磁石組成物から、ボンド磁石用コンパウンドを作成する。そして、図１に記すとおり、鋼板シートの積層体からなる回転子コア９の磁石配置孔１１へ射出成形し、ボンド磁石部１０の埋設された様態を具備する回転子を構成する。その際に、射出成形に用いたボンド磁石組成物のポリアミドを主成分とする樹脂成分量を変化させることでボンド磁石部１０の密度と収縮率を制御する。そのボンド磁石の密度と収縮率の関係を図３に示す。磁石密度約５．６Ｍｇ／ｍ３や約５．８Ｍｇ／ｍ３の場合、収縮率が大きく、射出成形時の収縮によって、回転子コア９からのボンド磁石部の外れが発生する。そして、ボンド磁石部１０とこのボンド磁石部の周囲部分の回転子コア９と間に隙間が生じるため、パーミアンスも低下し、表面磁束密度が低下した。
【００４１】
ボンド磁石部のボンド磁石自体の密度が６．０Ｍｇ／ｍ３を上回ると、収縮率はほぼ０に近くなり、射出成形時の収縮による回転子コア９からのボンド磁石部１０の外れは起こらず、ボンド磁石部１０とこのボンド磁石部の周囲部分の回転子コア９との間に隙間もな
く、表面磁束の低下はなかった。
【００４２】
なお、本発明における電動機要素に含む回転子に用いる電磁鋼板の成分には、強磁性体を含む。また、回転子の筒状の外装管の成分には、強磁性体又は反磁性体を含んでも良い。
【００４３】
また、回転子には、その外装に筒状の外装管を具備する様態を採用しても良い。そして、上記電磁鋼板及び上記外装管の成分には、不可避不純物としての微量な常磁性体を含んでも良い。
【００４４】
また、なお、本発明における電動機要素に含む回転子に用いる電磁鋼板を積層する際に、電磁鋼板各々の積層状態を電動機要素の出力軸を中心に任意の角度で変位させて積層することで、磁石配置孔にスキュー形状を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
高い磁気特性を有する高密度ボンド磁石を搭載したボンド磁石部を含む電動機要素を提供可能である。
【符号の説明】
【００４６】
２  回転子
３  シャフト孔
４  ヨーク部
５  ティース部
６  巻装体
８  インシュレータ
１１  磁石配置孔
１０  ボンド磁石部
１４  電動機要素
【図１】
2017060238.tif 000003
【図２】
2017060238.tif 000004