JP2001069692A

JP2001069692A - 永久磁石界磁型小型直流モ−タ

Info

Publication number: JP2001069692A
Application number: JP24110799A
Authority: JP
Inventors: Fumitoshi Yamashita; 文敏山下; Yuichiro Sasaki; 雄一朗佐々木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-03-16
Also published as: US6995488B1; WO2001017093A1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、音響映像機器に使用されるような
始動電圧や始動電流を低く抑えて高精度回転するよう
な、最大厚さ１ｍｍ未満の薄肉円弧状希土類磁石を使っ
た小型で高出力、低コギングトルクの永久磁石界磁型小
型直流モ−タを提供することにある。【解決手段】本発明は希土類−鉄系急冷凝固薄片を結
合剤とともに圧縮成形した最大厚さ１ｍｍ未満の円弧状
希土類磁石１を軟磁性フレ−ム２に押圧固定したとき、
バックヨ−クをもたない周方向両端部１１を形成した永
久磁石界磁型小型直流モ−タである。より多くの希土類
−鉄系急冷凝固薄片を含む圧縮成形による円弧状希土類
磁石は、着磁界の関数として残留磁束密度Ｂｒと保磁力
Ｈｃとが同時にさらに大きくなる性質をもち、仮に未飽
和着磁状態でもバランスのよい減磁曲線が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ＭＤ、Ｃ
Ｄ−ＲＯＭなどの光ピックアップなど音響映像機器に使
用される始動電圧や始動電流を低く抑えて高精度回転す
るような、最大厚さ１ｍｍ未満の薄肉円弧状希土類磁石
を使った小型で高出力、かつ低コギングトルクの永久磁
石界磁型直流モ−タに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１（ａ）、（ｂ）は本発明の対象とな
る永久磁石界磁型小型直流モ−タの要部断面と、それに
使われる円弧状磁石を示す。図において１は一対の円弧
状永久磁石界磁、２は軟磁性フレ−ム、３はブラシ−整
流子並びに電機子軸と軸受を含む電機子、４は一対の円
弧状永久磁石１を軟磁性フレ−ム２に押圧固定するＵ字
型状のバネである。このような永久磁石界磁型小型直流
モ−タも他の永久磁石型モ−タと同様にモ−タの小型化
と高出力化と高精度回転性能が求められている。

【０００３】しかし、一般に永久磁石界磁型小型直流モ
−タは電機子３の直径が小さくなるとモ−タの出力を維
持して小型化することが困難であった。特にフェライト
系磁石では焼結、或いは樹脂を結合剤とした圧縮、射
出、押出成形方式に拘わらず、最大エネルギ−積［Ｂ
Ｈ］ｍａｘの低さから小型化すると永久磁石界磁１と電
機子３との空隙に十分強い静磁界が得られず、モ−タの
出力低下が著しかった。そこで、モ−タを小型化しても
永久磁石界磁１と電機子３との空隙に強い静磁界が得ら
れる、所謂高い［ＢＨ］ｍａｘを有する最大厚さ１ｍｍ
未満の円弧状希土類磁石が求められていた。

【０００４】上記、最大厚さ１ｍｍ未満の円弧状希土類
磁石として、たとえば特開平６−２３６８０７号公報に
は磁気的に異方性から等方性に至る多種類の希土類磁石
粉末類と熱可塑性樹脂から成る溶融流動状態の材料を成
形型中に送り込み、成形型中で熱可塑性樹脂の融点以下
に冷却しながら押出成形する円弧状希土類磁石の製造方
法が開示されている。それによれば、例えば磁気的に等
方性の希土類−鉄系急冷凝固薄片９５重量％と１２ナイ
ロンを主とする熱可塑性樹脂との材料で肉厚０．９ｍｍ
の円弧状希土類磁石を押出成形すると厚さ変動±３０μ
ｍで製造できる。しかし、希土類−鉄系急冷凝固薄片を
結合剤とともに圧縮する方法では困難であるとしてい
る。ところで、押出成形は熱可塑性樹脂が溶融状態で希
土類−鉄系急冷凝固薄片のキャリアの役割を担わなけれ
ばならない。したがって、希土類−鉄系急冷凝固薄片を
一般に３重量％以下の熱硬化性樹脂とともに圧縮成形す
る希土類磁石に比べると希土類−鉄系急冷凝固薄片の充
填量を少なくせざるを得ず、その分［ＢＨ］ｍａｘが低
くなり永久磁石界磁１と電機子３との空隙部分の静磁界
が弱まる。

【０００５】しかしながらフェライト系磁石に比べれば
電機子３との空隙に強い静磁界が得られる上記押出成形
による円弧状希土類磁石を実装した永久磁石界磁型小型
直流モ−タの問題点の一つにコギングトルクの増大があ
る。これは永久磁石界磁１と対向する電機子３の外周表
面に電機子鉄心ティ−ス３１とスロット３２が存在する
ため、電機子３の回転に伴ってパ−ミアンスが変化する
ことによるトルク脈動が発生するからである。特にコギ
ングトルクは本発明で対象とする小型高出力で、しかも
高精度な回転性能が求められる永久磁石界磁型小型直流
モ−タで問題となる。

【０００６】ところで、希土類磁石に拘わらず円弧状磁
石の形状によるモ−タのコギングトルク低減手段は円弧
状磁石の内外周曲率半径を偏心させるか、または円弧状
磁石の周方向両端面の角を落すことで空隙磁束密度分布
を正弦波状に近づけることが知られている（例えば、田
中省吾「小型モ−タにおける永久磁石の応用」、小型モ
−タ技術シンポジウム予稿集、ｐ７、昭５８年）。ま
た、実公昭４４−４６５１号公報には永久磁石界磁型小
型直流モ−タの円弧状磁石の磁極中心部を避けた両側外
周面に切欠部を設けると切欠部の磁束は減少するが、磁
極中心の有効磁束の減少が抑えられることを開示してい
る。このことはコギングトルクに対する言及はないもの
の、円弧状磁石の磁極中心部を避けた両側外周面に切欠
部を設けると永久磁石界磁型小型直流モ−タのトルク低
下を抑えながらコギングトルクを低下させ得ることが示
唆されている。

【０００７】薄肉円弧状希土類磁石の使用例を含む永久
磁石界磁型小型直流モ−タの具体的なコギングトルク低
減手段として、図２（ａ）、（ｂ）に示す方法に関連し
た方法が特開平１１−１８３９０号公報に開示されてい
る。ただし、図において１は一対の円弧状永久磁石界
磁、２は軟磁性フレ−ム、３はブラシ−整流子並びに電
機子軸と軸受を含む電機子、２１は一対の円弧状永久磁
石１を軟磁性フレ−ム２に嵌合固定するための係合突起
である。

【０００８】それによれば、円弧状磁石１の内外周曲
率半径を偏心させ、当該永久磁石界磁の磁極中心から周
方向の両端部に向かうにしたがって電機子鉄心との空隙
距離を次第に広げる所謂不等空隙構造とする。さらに、
前記内外周曲率半径を偏心させた円弧状磁石と軟磁性
フレ−ム２との間に隙間が生じるような切欠部１１を形
成する。そして、例えば、軟磁性フレ−ム２に突設し
た係合突起２１間に円弧状希土類磁石１を若干撓ませな
がら軟磁性フレ−ム２に嵌め込んで取付ける。（特開平
６−２３６８０７号公報記載の１２−ナイロンを使った
押出成形による円弧状希土類磁石ならば若干撓む性質が
ある）。

【０００９】なお、円弧状希土類磁石１のスラスト方向
は押出成形での押出方向と一致するため、図２（ｂ）の
ように押出方向断面形状は同一となる。したがって、軟
磁性フレ−ム２との間に隙間のある周方向両端部の薄い
部分を係合部として軟磁性フレ−ムの係合突起２１間に
嵌め込んでも円弧状希土類磁石１の厚さ変動±３０μｍ
との関係で撓み量が増大する場合があり、磁石係合部分
の割れや欠け、欠落など永久磁石界磁型小型直流モ−タ
の信頼性に重大な障害を与える課題をもっている。

【００１０】そこで、薄肉円弧状希土類磁石を使った永
久磁石界磁型小型直流モ−タにおいて、円弧状希土類磁
石を軟磁性フレ−ムに取付ける具体的手段として図３
（ａ）、（ｂ）に示す方法が特開平１１−１８３９０号
公報に開示されている。

【００１１】ただし、図において１は一対の円弧状永久
磁石界磁、１１は磁石のコギングトルク低減部、１２は
磁石係合部、２は軟磁性フレ−ム、３はブラシ−整流子
並びに電機子軸と軸受を含む電機子、２１は一対の円弧
状永久磁石１を軟磁性フレ−ム２に嵌合固定するための
係合突起である。

【００１２】それによれば、軟磁性フレ−ム２に突設し
た係合突起２１間に円弧状希土類磁石１を嵌め込んで取
付ける係合突起接触部１２とモ−タのコギングトルク低
減部１１とを有する、所謂スラスト方向に２種以上の断
面形状を有する円弧状希土類磁石１を用いること。そし
て、コギングトルク低減の手段は偏心、或いは角を切除
すことなど磁石形状による、特開平１０−２１１２０号
公報と同様な一般的コギングトルク低減手段が開示され
ている。この方法によれば、特開平１０−２１１２０号
公報のような円弧状希土類磁石１を軟磁性フレ−ム２に
嵌め込む際の磁石係合部分の割れや欠け、欠落などの課
題は大きく改善される。

【００１３】しかしながら、例えば押出成形による最大
厚さ１ｍｍ未満の円弧状希土類磁石のスラスト方向断面
形状を２種以上とするには、コギングトルク低減部１１
の周方向両端部を切除するなど押出成形後に機械加工す
るしかない。薄肉円弧状希土類磁石１を高い寸法精度で
切除するのは難加工で、当該磁石１の加工部分に割れや
欠け、或いは欠落などが生じ易く歩留まりが悪い。ま
た、切除した希土類磁石粉末の付着など円弧状希土類磁
石１を軟磁性フレ−ム２に組込む最終形状に仕上げるこ
とが著しく困難となる課題がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】磁気的に等方性の希土
類−鉄系急冷凝固薄片を、一般に１．５〜３．０重量％
の結合剤（例えばエポキシ樹脂）ととも圧縮して圧粉体
とし、結合剤を熱硬化する圧縮成形希土類磁石の密度は
５．８〜６．１ｇ／ｃｍ³である。これに対し、同じ希
土類−鉄系急冷凝固薄片の場合、熱可塑性樹脂（例え
ば、１２−ナイロン）を少なくとも５重量％以上必要と
する押出成形希土類磁石の密度は５．７ｇ／ｃｍ³未満
である。この磁石の最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘは
希土類−鉄系急冷凝固薄片の充填量、すなわち磁石密度
に依存するため永久磁石界磁型小型直流モ−タの電機子
と界磁の空隙に強力な静磁界をつくるには押出成形より
も高い［ＢＨ］ｍａｘが得られる圧縮成形希土類磁石の
方が有利である。

【００１５】本発明が解決すべき第一の課題は特開平６
−２３６８０７号公報記載の「圧縮成形では最大厚さ１
ｍｍ未満の薄肉円弧状磁石を±３０μｍ程度の寸法精度
で得ることが成形時の秤量の変動が大きいために困難と
されていた」点を解決することである。しかし、仮にこ
の課題が解決されても圧縮成形による希土類磁石は樹脂
量が少ない分だけ室温での機械強度は低く、しかも脆
い。したがって、圧縮成形による円弧状希土類磁石を特
開平１０−２１１２０号公報や特開平１１−１８３９０
号公報記載の「軟磁性フレ−ムの係合部分に円弧状希土
類磁石を撓ませながら嵌合固定する」ことはできない。
すなわち、本発明が解決すべき第二の課題は圧縮成形に
よる円弧状希土類磁石の機械的性質に見合った軟磁性フ
レ−ムへの取付け手段となる。さらにまた「押出成形に
よる円弧状希土類磁石よりも、高［ＢＨ］ｍａｘにな
る」ため、本発明が解決すべき第三の課題はよく知られ
た磁石形状によるコギングトルク低減手段の追加となる
新規な空隙磁束密度分布制御の提供にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、電機子と界磁
の空隙に、より強い静磁界が得られる厚さ１ｍｍ未満の
圧縮成形による円弧状希土類磁石を使った永久磁石界磁
型小型直流モ−タと、電機子と界磁の空隙磁束密度分布
制御手段の追加によって、小型で高出力な当該モ−タの
コギングトルクのさらなる低減で高精度回転性能を引出
すことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、図１における最大厚さ
ｔが１ｍｍ未満の永久磁石界磁が希土類−鉄系急冷凝固
薄片を結合剤とともに圧縮成形した円弧状希土類磁石１
であり、当該磁石のスラスト方向両端部外周面１２を軟
磁性フレ−ム２の内周面に沿わせ、当該磁石１のスラス
ト方向中央外周部分の周方向両端面１１と軟磁性フレ−
ム２との間に空隙部を形成し、電機子３を介して対向固
定した構成の永久磁石界磁型小型直流モ−タである。

【００１８】ここで、空隙部分の形成の目的は円弧状希
土類磁石１のスラスト方向中央部分の周方向両端部１１
に軟磁性フレ−ム２をバックヨ−クとしない部分を設
け、周方向極中心部分より小さな減磁曲線を与えること
にある。空隙部分の形成の具体的手段は軟磁性フレ−ム
２側の形状によっても差し支えないが、円弧状希土類
磁石１のスラスト方向中央外周部分の周方向両端面１２
を圧縮成形型の曲率面から角度θを５３〜８２度とする
直線面とし、機械加工によらず、成形によってスラスト
方向中央外周部分の周方向両端面１１と軟磁性フレ−ム
２との間に空隙部を形成する。

【００１９】または、円弧状希土類磁石１のスラスト
方向中央外周面と周方向両端部外周面１１とを圧縮成形
型の不等曲率とし、機械加工によらず、成形によってス
ラスト方向中央外周部分の周方向両端面１１と軟磁性フ
レ−ム２との間に空隙部を形成する。そして、軟磁性フ
レ−ム２への円弧状希土類磁石１の取付けは、一対の円
弧状希土類磁石１のスラスト方向両端部外周面１２を軟
磁性フレ−ム２の内周面に対向して沿わせ、当該磁石１
の周方向両端部をＵ字型バネ４などで押圧固定する。こ
の方法によれば、剪断力には脆くて弱いが、押圧力に比
較的強い圧縮成形による円弧状希土類磁石１をソフト磁
性フレ−ム２へ簡単に、しかも割れや欠落なく実装する
ことができる。

【００２０】上記、圧縮成形円弧状希土類磁石１は希土
類−鉄系急冷凝固薄片と１．５〜３重量％のエポキシ樹
脂結合剤との顆粒状コンパウンドの粒子径を２５０μｍ
以下とし、この顆粒状コンパウンドを粉末成形機で圧縮
成形して円弧状圧粉体とし、加熱処理した円弧状希土類
磁石であって、希土類−鉄系急冷凝固薄片は３００ｎｍ
以下のＲＥ₂ＴＭ₁₄Ｂ（ＲＥはＮｄ，Ｐｒ．ＴＭはＦ
ｅ，Ｃｏ）相からなる固有保磁力Ｈｃｉ８〜１０ｋＯ
ｅ，残留磁化７．４〜８．６ｋＧであり、或いはまたソ
フト磁性相とハ−ド磁性相とを有するナノコンポジット
構造の磁気的に等方性の希土類−鉄系急冷凝固薄片を含
むことができる。

【００２１】本発明で言う希土類−鉄系急冷凝固薄片と
は、例えばＪ．Ｆ．Ｈｅｒｂｅｓｔ，“ＲａｒｅＥａ
ｒｔｈ−Ｉｒｏｎ−ＢｏｒｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓ；
ＡＮｅｗＥｒａｉｎＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇ
ｎｅｔｓ”Ａｎｎ．Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｖｏｌ−１６．
（１９８６）に記載されているようにＮｄ：Ｆｅ：Ｂを
２：１４：１に近い割合で含む溶湯合金を急冷凝固し、
熱処理によって磁気的に等方性のＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相を析
出させたもので、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相は単磁区臨界寸法約
３００ｎｍ以下であれば差し支えない。或いは、希土類
−鉄系急冷凝固薄片が熱処理により例えばαＦｅ、Ｆｅ
₃Ｂ系などのソフト磁性相とＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ，Ｓｍ₂Ｆｅ
₁₇Ｎ₃系ハ−ド磁性相とが強い交換結合によって結ばれ
たナノコンポジット系であっても差し支えない。このよ
うな希土類−鉄系急冷凝固薄片に特定した理由は、この
希土類磁石は着磁界の関数として残留磁束密度Ｂｒと保
磁力Ｈｃとが同時に大きくなる性質をもっているからで
ある。したがって、仮に未飽和着磁状態でもバランスの
よい減磁曲線が得られる。たとえば、磁極中心とバック
ヨ−クをもたない周方向両端部とではパ−ミアンスが異
なり、円弧状希土類磁石１の着磁では反磁界の作用で磁
極中心と周方向端部１１とで異なる減磁曲線（残留磁束
密度Ｂｒと保磁力Ｈｃｂ）となる。このことは、希土類
−鉄系急冷凝固薄片を使うことによって、磁極中心と周
方向両端部１１とが同一材質であるにも拘わらず、あた
かも異なる磁気性能をもった磁石で一体的な永久磁石界
磁を形成する効果があると言うこともできる。

【００２２】さらにまた、軟磁性フレ−ム２の内周面に
沿わせて押圧固定した円弧状希土類磁石１を磁化したの
ち、加熱による初期減磁を与える。するとバックヨ−ク
が存在し、大きな減磁曲線（残留磁束密度Ｂｒと保磁力
Ｈｃｂが大）の磁極中心部分の減磁率は小となり、バッ
クヨ−クのないスラスト方向中央部外周部分の周方向両
端面１１の減磁率が大となる。これにより、空隙磁束密
度分布はより正弦波状となり、減磁によるトルク低下率
よりも大きなコギングトルク低下率が得られるので、電
機子鉄心３との空隙磁束密度分布を制御することができ
る。

【００２３】以上のように、本発明は従来の押出成形に
よる最大厚さ１ｍｍ未満の円弧状希土類磁石ではなく、
それよりも高い［ＢＨ］ｍａｘが得られる希土類−鉄系
急冷凝固薄片を結合剤とともに圧縮成形した円弧状希土
類磁石を用いた永久磁石界磁型小型直流モ−タである。
押出成形よりも多くの希土類−鉄系急冷凝固薄片を含む
圧縮成形による円弧状希土類磁石は、着磁界の関数とし
て残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｃとが同時にさらに大き
くなる性質をもち、仮に未飽和着磁状態でもバランスの
よい減磁曲線が得られる。また、同一着磁条件ならば、
界磁と電機子との空隙に、より強い静磁界が得られるの
でモ−タの高出力化が図れる。特に、高出力化に伴って
問題となるコギングトルクの低減は、従来知られた磁石
形状によるコギングトルク低減に加えて、着磁時の反
磁界を利用して円弧状希土類磁石スラスト方向中央部分
の周方向端部の減磁曲線を小さくする。熱減磁の差を
利用するなど新規な空隙磁束密度分布制御を含むもので
ある。

【００２４】

【実施例】以下、本発明をさらに詳しく説明する。ただ
し、本発明は実施例に限定されるものではない。

【００２５】［結合剤成分］結合剤成分は、重量平均分
子量Ｍｗ１４００のビスフェノ−ル型エポキシオリゴマ
−（化１）、および１モルの４−４’−ジフェニルメタ
ンジイソシアネ−トと２モルのメチルエチルケトンオキ
シムから成るイソシアネ−ト再生体（化２）からなるエ
ポキシ樹脂を濃度５０％のアセトン溶液とした。ただ
し、イソシアネ−ト再生体の−ＮＣＯ基とビスフェノ−
ル型エポキシオリゴマ−の分子鎖内アルコ−ル性水酸基
とエポキシ基との和の比は０．８である。

【００２６】

【化１】

【００２７】

【化２】

【００２８】［顆粒状コンパウンド］希土類−鉄系急冷
凝固薄片はＭａｇｎｅｑｕｅｎｃｈＩｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌＩｎ，Ｃｏ．製（商品名：ＭＱＰ−Ｂ）、
合金組成Ｎｄ₁₂Ｆｅ₇₇Ｃｏ₅Ｂ₆、結晶粒子径２０〜５０
ｎｍの磁気的に等方性のＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相を有する厚さ
２０〜３０μｍの薄片を用いた。顆粒状コンパウンド
は、先ずエポキシ樹脂のアセトン溶液（固形分換算で
２．５重量％）と希土類−鉄系急冷凝固薄片９７．５重
量％とをシグマブレイド型ニ−ダで湿式混合した。その
後、８０−９０℃に加熱してアセトンを蒸発させ、室温
で固体のブロックとした。次に、前記室温で固体のブロ
ックをカッタ−ミルにて解砕し、解砕した顆粒を分級
し、粒子径を、それぞれ５００，３５０，２５０，２１
２，１５０μｍの顆粒状コンパウンドとし、最後にステ
アリン酸カルシウム粉末を０．２〜０．６重量部加え、
４０℃以下にてＶ型混合機で均一混合した。

【００２９】［顆粒状コンパウンド粒子径と薄肉円弧状
圧粉体の寸法精度］粒子径を、それぞれ５００，３５
０，２５０，２１２，１５０μｍ以下とした顆粒状コン
パウンドを粉末成形機に供して体積秤量し、厚さ１ｍｍ
未満の円弧状圧粉体を８ｔｏｎ／ｃｍ²で圧縮成形し、
次に、それら円弧状圧粉体を１６０℃で２分間加熱硬化
して、所謂圧縮成形による円弧状希土類磁石を各３０個
作成した。ただし、磁石の形状は外半径３．６５ｍｍ、
内半径３．５５ｍｍ、最大厚さ０．９０ｍｍ、スラスト
方向距離１５．５ｍｍである。

【００３０】円弧状希土類磁石の最大厚さ０．９ｍｍに
対する変動幅（ｎ＝３０）と、もとの顆粒状コンパウン
ドの粒子径上限とは、下式の関係にある（回帰式の相関
係数は０．９８８）。

【００３１】Ａ＝０．０００３Ｐ²−０．０７１８Ｐ＋２４．７４５ ………（１）ただし、上式中、Ａは厚さ変動幅±μｍ、Ｐは顆粒状コ
ンパウンドの粒子径上限μｍである。

【００３２】回帰式から明らかなように、顆粒状コンパ
ウンドの粒子径を２５０μｍ以下とすれば厚さ１ｍｍ未
満の薄肉円弧状磁石の厚さ変動幅は±３０μｍ以下の±
２６μｍ以下となる。一方、比較例として、本発明例と
同じ希土類−鉄系急冷凝固薄片９５重量％と１２−ナイ
ロン５重量％を２６０℃で混練したペレットを使い、特
開平６−２３６８０７号公報に開示されている押出成形
で成形ダイス先端温度を１２−ナイロンの融点以下の１
７５℃に設定し、同一寸法の円弧状希土類磁石を製造し
たところ、最大肉厚０．９ｍｍ部分の厚さ変動は±３０
μｍであった。したがって、本発明によれば、同公報で
は困難としていた顆粒状コンパウンドの粉末成形機によ
る圧縮成形で押出成形と同等以上の寸法精度を有する薄
肉円弧状希土類磁石が得られる。

【００３３】［磁石の磁気特性］粒子径２５０μｍ以下
の顆粒状コンパウンドで直径５ｍｍ高さ５ｍｍの円柱状
圧粉体の成形を８ｔｏｎ／ｃｍ²で行い、その圧粉体を
１６０℃で２分間加熱硬化して円柱状希土類磁石とし
た。当該磁石の高さ方向へ５０ｋＯｅのパルス着磁を施
し、測定磁界±２０ｋＯｅの試料振動型磁力計（ＶＳ
Ｍ）で減磁曲線を求めた。

【００３４】また、希土類−鉄系急冷凝固薄片９５重量
％と１２−ナイロン５重量％を２６０℃で混練したペレ
ットを溶融固化した当該押出成形希土類磁石の減磁曲線
を求めた。図４は本発明にかかる圧縮成形希土類磁石と
比較例として用いた押出成形希土類磁石の減磁曲線を示
す特性図である。また、（表１）は減磁曲線から求めた
磁気特性を示す。

【００３５】図および表から明らかなように本発明例は
比較例に比べて高［ＢＨ］ｍａｘが得られる。この理由
は希土類−鉄系急冷凝固薄片の高充填が可能であるほ
か、比較例が２６０℃の高温下で、強い剪断力で混練加
工したため薄片の微粉砕と酸化による磁性劣化が生じた
ものと推測される。

【００３６】

【表１】

【００３７】［円弧状磁石の押圧許容応力と軟磁性フレ
−ムへの固定］粒子径２５０μｍ以下の顆粒状コンパウ
ンドを粉末成形機に供して体積秤量し、厚さ１ｍｍ未満
の円弧状圧粉体を８ｔｏｎ／ｃｍ²で圧縮成形し、次
に、それら円弧状圧粉体を１６０℃で２分間加熱硬化し
て、所謂圧縮成形による円弧状希土類磁石を作成した。
ただし、磁石の形状は外半径３．６５ｍｍ、内半径３．
５５ｍｍ、最大厚さ０．９０ｍｍ、スラスト方向距離１
５．５ｍｍである。また、希土類−鉄系急冷凝固薄片９
５重量％と１２−ナイロン５重量％を２６０℃で混練し
たペレットを溶融固化し、押出成形した同一形状の円弧
状希土類磁石を作成した。

【００３８】図５は上記円弧状希土類磁石の押圧に対す
る許容応力の温度依存性を示す特性図である。ただし、
押圧許容応力は図中に示すように磁石の最大厚さ部分を
押圧して磁石が破損したときの応力ｋｇｆである。

【００３９】図から明らかなように、圧縮成形による本
発明例の円弧状希土類磁石は押出成形による同一寸法磁
石に比べると室温の機械的強度が６０％未満と低く、し
かも撓みなく脆い。したがって、特開平１０−２１１２
０号公報や特開平１１−１８３９０号公報記載の「軟磁
性フレ−ムの係合部分に円弧状希土類磁石を撓ませなが
ら嵌合固定する」ことができない。本発明例の磁石を若
干撓ませて軟磁性フレ−ムに挿入し、その係合部を利用
して嵌合固定すると割れや欠落が生じるために工業的規
模で歩留まりよく軟磁性フレ−ムに組込むことができな
い。

【００４０】本発明例の磁石と軟磁性フレ−ムとの接着
は可能だが、特開平１０−２１１２０号公報や特開平１
１−１８３９０号公報にも記載されているように、この
種の永久磁石界磁型小型直流モ−タでは接着によって磁
石を軟磁性フレ−ムに組込むことは好まれない。

【００４１】しかしながら、図のように本発明例の磁石
の室温での押圧許容応力は６ｋｇｆを越えている。ま
た、比較例と比べれば、概ね１２０℃の高温下まで押圧
に対する許容応力は、ほぼ一定である。したがって、図
１に示したように、軟磁性フレ−ム２の内周に沿って配
置した一対の磁石１の周方向両端部をＵ字形状のバネ４
で押圧することで磁石１を軟磁性フレ−ム２と固定する
方法が好ましい。なお、軟磁性フレ−ムと磁石の固定の
強さはバネの押圧力に依存する。一般に押圧力０．５ｋ
ｇｆ以下で実使用条件に耐え得るから押圧許容応力と、
押圧許容応力の温度依存性から永久磁石界磁型小型直流
モ−タの１２０℃の最高温度に至る全実使用温度域で押
圧許容応力に対する安全率は１０倍以上となる。したが
って磁石の固定に対する十分な信頼性を備えている。

【００４２】［軟磁性フレ−ムをバックヨ−クとしない
磁石部分の効果］図６は円弧状希土類磁石のスラスト方
向中央外周部分（距離１２．５ｍｍ）の周方向両端面を
圧縮成形型の曲率面から角度θの直線面で軟磁性フレ−
ムとの間にバックヨ−クのない空隙部を形成したとき、
図１に示した角度θとコギングトルク、および誘起電圧
の関係を示す特性図である。ただし、磁石の形状は外半
径３．６５ｍｍ、内半径３．５５ｍｍ、最大厚さ０．９
０ｍｍ、スラスト方向距離１５．５ｍｍで、直線面を形
成する角度θは図２に示したような特開平１０−２０１
２０６号公報記載の推定できる９０度を基準に規格化し
たものである。なお、ここで使用した永久磁石界磁型小
型直流モ−タにおいて角度θが９０度の場合の誘起電圧
Ｖは０．２１８ｍＶ／ｒｐｍ、コギングトルクＣｔは
１．１５ｇ−ｃｍであった。

【００４３】図中に示す回帰式のように誘起電圧Ｖの低
下は角度θに対して直線的に低下するが、θが９０度か
ら５３度になっても低下率は５％に過ぎない。しかし、
コギングトルクＣｔは角度θに対して大きく２次関数的
な変化を示し、角度θが６５度程度でその変化は最大と
なる。この値は何と７０％近いコギングトルク低下とな
り、８２度から５３度の範囲であっても、角度９０度を
基準として４０％以上のコギングトルクが低減される。

【００４４】以上の効果は、着磁界の関数として残留磁
化Ｂｒと保磁力Ｈｃがともに増大し、不飽和着磁状態で
あってもバランスのよい減磁曲線が得られる磁気的に等
方性の希土類−鉄系急冷凝固薄片を使った薄肉円弧状希
土類磁石の周方向両端部に軟磁性フレ−ムによるバック
ヨ−クのない部分があり、あたかも異なる磁気性能をも
った磁石を一体的に永久磁石界磁としたことによる。

【００４５】なお、特開平１１−１８３９０号公報に記
載の円弧状希土類磁石を軟磁性フレ−ムに取付ける係合
突起接触部とモ−タのコギングトルク低減部とを有す
る、所謂スラスト方向に２種以上の断面形状を有する円
弧状希土類磁石を特開平６−２３６８０７号公報に開示
されている押出成形によって得ることはできない。しか
し、本発明にかかる圧縮成形による円弧状希土類磁石は
軟磁性フレ−ムをバックヨ−クとしない部分が、円弧
状希土類磁石のスラスト方向中央外周部分の周方向両端
面を圧縮成形型の曲率面から角度５０〜８２度の直線面
とするか、または、それに相当するような、円弧状希
土類磁石のスラスト方向中央外周面とスラスト方向両端
部外周面とを圧縮成形型の不等曲率とし、機械加工によ
らず直接最終形状に成形加工で仕上げることができる。

【００４６】［バックヨ−クがない磁石部分の熱減磁を
利用した効果］図７は円弧状希土類磁石のスラスト方向
中央外周部分（距離１２．５ｍｍ）の周方向両端面を圧
縮成形型の曲率面から角度θ６２度の直線面でソフト磁
性フレ−ムとの間にバックヨ−クのない空隙部を形成
し、コンデンサ容量２０００μＦ、１５００〜２４００
Ｖで４段階の不飽和着磁を施した。これを１４０℃に５
分間暴露した熱減磁前後のコギングトルク、および誘起
電圧の変化を示す特性図である。ただし、磁石の形状は
外半径３．６５ｍｍ、内半径３．５５ｍｍ、最大厚さ
０．９０ｍｍ、スラスト方向距離１５．５ｍｍであり、
２０００μＦ、２４００Ｖの最大着磁界で熱減磁まえの
コギングトルク、および誘起電圧を基準に規格化したも
のである。なお、ここで使用した永久磁石界磁型小型直
流モ−タにおける基準の誘起電圧Ｖは０．２１４ｍＶ／
ｒｐｍ、コギングトルクＣｔは０．４６ｇ−ｃｍであっ
た。

【００４７】図から明らかなように、本発明にかかる永
久磁石界磁型小型直流モ−タを熱減磁すると誘起電圧Ｖ
の低下は概ね０．５％以下であるにも拘わらず、コギン
グトルクをさらに１０％近く低下させることができる。
これは、軟磁性フレ−ム内周面に沿わせて押圧固定した
円弧状希土類磁石を磁化したのち、加熱による初期減磁
を与える。するとバックヨ−クが存在し、大きな減磁曲
線（残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｃｂが大）の磁極中心
部分の減磁率は小となり、バックヨ−クのないスラスト
方向中央部外周部分の周方向両端面の減磁率が大とな
る。その結果、空隙磁束密度分布はより正弦波状とな
り、減磁による誘起電圧の低下率よりも大きなコギング
トルク低下率が得られる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明は希土類−鉄系急
冷凝固薄片を結合剤とともに圧縮成形した最大厚さ１ｍ
ｍ未満の円弧状希土類磁石を軟磁性フレ−ムに押圧固定
したとき、バックヨ−クをもたない周方向両端部を形成
した永久磁石界磁型小型直流モ−タである。より多くの
希土類−鉄系急冷凝固薄片を含む円弧状希土類磁石は、
着磁界の関数として残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｃとが
同時に大きくなる性質をもち、仮に未飽和着磁状態でも
バランスのよい減磁曲線が得られる。また、同一着磁条
件ならば、界磁と電機子との空隙により強い静磁界が得
られるのでモ−タの高出力化が図れる。特に、高出力化
に伴って問題となるコギングトルクの低減には、従来知
られた磁石形状によるコギングトルク低減に加えて、
着磁時の反磁界を利用して円弧状希土類磁石スラスト方
向中央部分の周方向端部の減磁曲線を小さくする。熱
減磁の差を利用するなど新規な空隙磁束密度分布制御を
含むものである。したがって、本発明によれば、小型高
出力で高精度回転性能を引出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明例にかかるモ−タの要部断面図（ｂ）同磁石の斜視外観図

【図２】（ａ）従来例のモ−タの要部断面図（ｂ）同磁石の斜視外観図

【図３】（ａ）従来例のモ−タの要部断面図（ｂ）同磁石の斜視外観図

【図４】減磁曲線を示す特性図

【図５】押圧許容応力の温度依存性を示す特性図

【図６】角度に対するコギングトルクと誘起電圧変化を
示す特性図

【図７】熱減磁に対するコギングトルクと誘起電圧変化
を示す特性図

【符号の説明】

１永久磁石２軟磁性フレーム３電機子鉄心１１周方向両端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H622 AA02 AA03 CA02 CA05 CA10 CB04 CB05 DD02 PP05 PP10 PP11 PP17 QA03 5H623 AA02 AA06 BB07 GG13 HH05 JJ06 LL07 LL12 LL19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最大厚さ１ｍｍ未満の永久磁石界磁が希
土類−鉄系急冷凝固薄片を結合剤とともに圧縮成形した
円弧状希土類磁石であり、当該磁石のスラスト方向両端
部外周面を軟磁性フレ−ム内周面に沿わせながら当該磁
石のスラスト方向中央外周部分の周方向両端面に軟磁性
フレ−ムがバックヨ−クとして作用しない部分を形成
し、電機子を介して対向固定した永久磁石界磁型小型直
流モ−タ。
【請求項２】円弧状希土類磁石のスラスト方向中央外
周部分の周方向両端面を圧縮成形型の曲率面と角度５３
〜８２度の直線面とし、スラスト方向中央外周部分の周
方向両端面に軟磁性フレ−ムがバックヨ−クとして作用
しない部分を形成した請求項１記載の永久磁石界磁型小
型直流モ−タ。
【請求項３】円弧状希土類磁石のスラスト方向中央外
周面とスラスト方向両端部外周面とを圧縮成形型の不等
曲率とし、スラスト方向中央外周部分の周方向両端面に
軟磁性フレ−ムがバックヨ−クとして作用しない部分を
形成した請求項１記載の永久磁石界磁型小型直流モ−
タ。
【請求項４】一対の円弧状希土類磁石のスラスト方向
両端部外周面を軟磁性フレ−ム内周面に対向して沿わ
せ、当該磁石の周方向両端部をバネで押圧固定した請求
項１記載の永久磁石界磁型小型直流モ−タ。
【請求項５】軟磁性フレ−ム内周面に沿わせて対向固
定した一対の円弧状希土類磁石が少なくとも不飽和着磁
によって異なる減磁曲線を有する請求項１記載の永久磁
石界磁型小型直流モ−タ。
【請求項６】軟磁性フレ−ム内周面に沿わせて対向固
定した一対の円弧状希土類磁石を磁化したのち、加熱に
よる初期減磁を与え、磁極中心から周方向端部に向かう
にしたがって減磁率を大とし、スラスト方向中央外周部
分の周方向両端面と軟磁性フレ−ムとの空隙部の減磁率
を最大として、電機子鉄心との空隙磁束密度分布を制御
した請求項１記載の永久磁石界磁型小型直流モ−タ。
【請求項７】圧縮成形した円弧状希土類磁石が３００
ｎｍ以下のＲＥ₂ＴＭ₁ ₄Ｂ（ＲＥはＮｄ，Ｐｒ．ＴＭは
Ｆｅ，Ｃｏ）相からなる固有保磁力Ｈｃｉ８〜１０ｋＯ
ｅ、残留磁化７．４〜８．６ｋＧ、磁気的に等方性の希
土類−鉄系急冷凝固薄片を１．５〜３重量％のエポキシ
樹脂とともに圧縮したものである請求項１記載の永久磁
石界磁型小型直流モ−タ。
【請求項８】圧縮成形した円弧状希土類磁石がαＦ
ｅ，Ｆｅ₃Ｂ，Ｆｅ₂Ｂなどの軟磁性相とＲＥ₂ＴＭ₁₄Ｂ
などの硬磁性相とを有するナノコンポジット構造の磁気
的に等方性の希土類−鉄系急冷凝固薄片を含む請求項１
または請求項７記載の永久磁石界磁型小型直流モ−タ。
【請求項９】円弧状希土類磁石が、粒子径２５０μｍ
以下の希土類−鉄系急冷凝固薄片とエポキシ樹脂結合剤
との顆粒状コンパウンドを圧縮成形して円弧状圧粉体と
し、加熱処理したものである請求項１、７または８記載
の永久磁石界磁型小型直流モ−タ。