JP2006222131A - 永久磁石体 - Google Patents

Abstract

【課題】 主面上における表面磁束密度の最大値が大きな永久磁石体を提供する。
【解決手段】 永久磁石体１０は、複数の永久磁石片１２を含む。各永久磁石片１２は極異方性を有し、その磁化方向は主面１２ａ側から主面１２ｂ側に湾曲して主面１２ａ側に戻る方向と主面１２ｂ側から主面１２ａ側に湾曲して主面１２ｂ側に戻る方向とである。永久磁石体１０は複数の永久磁石片１２を同極が対向するように配置し連結することによって構成され、永久磁石体１０の主面１０ａおよび１０ｂには隣り合う永久磁石片１２が接する部分にＮ極あるいはＳ極が形成される。
【選択図】 図１

Description

この発明は永久磁石体に関し、より特定的には、２以上の偶数個の磁極が周方向に並ぶように主面に形成される環状の永久磁石体に関する。

従来、たとえば特許文献１に開示されているように、アキシャルギャップ型モータには、複数の磁極が周方向に並ぶように主面に形成される環状の永久磁石体が用いられることが知られている。たとえば図１０（ａ）および（ｂ）に示す永久磁石体１では、磁化方向が軸方向（矢印Ｂ方向）に平行な永久磁石片２が周方向（矢印Ａ方向）に複数配置され、複数のＮ極とＳ極とが矢印Ａ方向に交互に並ぶように主面１ａ，１ｂに形成される。このような永久磁石体１が用いられるアキシャルギャップ型モータは、主面１ａおよび１ｂの少なくともいずれか一方に対向するように配置されるコイルに磁束Ｌ｛図１０（ｂ）参照｝が作用することによって動作する。このような永久磁石体１は、アキシャルギャップ型モータの他にも磁気センサ等の多くの機器に用いられている。
特開平８−２１４５２７

しかし、近年、永久磁石体が用いられる機器の小型化や高出力化のために、主面上における表面磁束密度の最大値が大きな永久磁石体が求められており、永久磁石体１ではその要求に十分に応えることが困難であった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、主面上における表面磁束密度の最大値が大きな永久磁石体を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１に記載の永久磁石体は、少なくとも一方主面に２以上の偶数個の磁極が周方向に異極が交互に並ぶように形成される環状の永久磁石体であって、磁極のうち周方向に隣り合う異極の間で極異方性を有する。

請求項２に記載の永久磁石体は、請求項１に記載の永久磁石体において、１つの環状の永久磁石によって構成されることを特徴とする。

請求項３に記載の永久磁石体は、請求項１に記載の永久磁石体において、複数の永久磁石片を周方向に配置することによって構成され、少なくとも１つの永久磁石片は隣り合う永久磁石片と同極が対向することを特徴とする。

請求項４に記載の永久磁石体は、２以上の偶数個の磁極が周方向に異極が交互に並ぶように一方主面に形成される環状の永久磁石体であって、磁化方向が軸方向に平行な第１永久磁石片、ならびに磁化方向が径方向および軸方向に直交する第２永久磁石片を備え、第１永久磁石片と第２永久磁石片とが周方向に交互に配置され、第２永久磁石片を挟んで隣り合う第１永久磁石片は異極が対向しかつ第１永久磁石片を挟んで隣り合う第２永久磁石片は同極が対向する。

請求項５に記載の永久磁石体は、請求項４に記載の永久磁石体を互いの他方主面が対向しかつ互いの第１永久磁石片同士が軸方向に同極を対向させて並ぶように２つ配置することによって構成される。

請求項６に記載の永久磁石体は、請求項５に記載の永久磁石体において、請求項４に記載の永久磁石体の間に磁性体が配置されることを特徴とする。

請求項７に記載の永久磁石体は、２以上の偶数個の磁極が周方向に異極が交互に並ぶように主面に形成される環状の永久磁石体であって、磁化方向が径方向および軸方向に直交する永久磁石片、ならびに磁性体を備え、永久磁石片と磁性体とが周方向に交互に配置され、磁性体を挟んで隣り合う永久磁石片は同極が対向する。

なお、「周方向」、「軸方向」および「径方向」は、それぞれ永久磁石体の周方向、軸方向および径方向である。

請求項１に記載の永久磁石体では、２以上の偶数個の磁極のうち周方向に隣り合う異極の間（Ｎ極とＳ極との間）で極異方性を有することによって、主面の磁極（Ｎ極）により多くの磁束を集中させることができる。したがって、従来技術の永久磁石体よりも主面上における表面磁束密度の最大値を大きくできる。

永久磁石体は、請求項２に記載するように１つの環状の永久磁石によって構成してもよく、また、請求項３に記載するように複数の永久磁石片を環状に配置することによって構成してもよい。

請求項４に記載の永久磁石体では、第２永久磁石片を挟んで隣り合う第１永久磁石片において、一方の第１永久磁石片の一方主面にＮ極が形成され、他方の第１永久磁石片の一方主面にＳ極が形成される。これによって、第２永久磁石片を挟んで隣り合う第１永久磁石片において、一方の第１永久磁石片の磁極（Ｎ極）に磁束を集中させ、該磁極からの磁束を他方の第１永久磁石片の磁極（Ｓ極）に効率よく収束させることができる。つまり、永久磁石体の他方主面上に発生する磁束（漏洩磁束）を減少させることにより、一方主面に形成された磁極に磁束を集中させることができる。したがって、従来技術の永久磁石体よりも一方主面上における表面磁束密度の最大値を大きくできる。

請求項５に記載するように、請求項４に記載の永久磁石体を互いの他方主面が対向しかつ互いの第１永久磁石片同士が軸方向に同極を対向させて並ぶように２つ配置することによって永久磁石体を構成してもよい。これにより永久磁石体の両主面において高い表面磁束密度を得ることができる。

請求項４に記載の永久磁石体を軸方向に２つ配置する場合、請求項６に記載するように、２つの永久磁石体の間に磁性体を配置することによって、反発を抑えることができ、組み立て作業を容易にすることができる。

請求項７に記載の永久磁石体では、磁性体が磁極片として機能し、永久磁石片を挟んで隣り合う磁性体において、一方の磁性体の主面に磁束を集中させ、該磁性体の主面からの磁束を他方の磁性体の主面に効率よく収束させることができる。したがって、従来技術の永久磁石体よりも主面上における表面磁束密度の最大値を大きくできる。

この発明によれば、主面上における表面磁束密度の最大値が大きな永久磁石体を得ることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）および（ｂ）を参照して、この発明の一実施形態の永久磁石体１０は、複数（ここでは８つ）の永久磁石片１２を含み、８つの永久磁石片１２を周方向（矢印Ａ方向）に配置し連結することによって環状に構成される。

図２をも参照して、横断面略扇形状の永久磁石片１２は、主面１２ａ，１２ｂと、隣り合う永久磁石片１２に対向する対向面１２ｃ，１２ｄとを有する。永久磁石片１２としては、たとえば希土類焼結磁石が用いられる。

永久磁石片１２の磁化方向は、主面１２ａと対向面１２ｃとの角部から主面１２ｂ側に湾曲して主面１２ａと対向面１２ｄとの角部へと延びる方向、および主面１２ｂと対向面１２ｃとの角部から主面１２ａ側に湾曲して主面１２ｂと対向面１２ｄとの角部へと延びる方向である。したがって、図２において永久磁石片１２内に示すように、主面１２ａと対向面１２ｄとの角部近傍には磁極（Ｎ極）が形成され、主面１２ａと対向面１２ｃとの角部近傍には磁極（Ｓ極）が形成される。同様に、主面１２ｂと対向面１２ｄとの角部近傍には磁極（Ｎ極）が形成され、主面１２ｂと対向面１２ｃとの角部近傍には磁極（Ｓ極）が形成される。

このような永久磁石片１２は、たとえば粉末プレス装置を用いて作製される。具体的には、図３に示すように、まず、粉末プレス装置の上パンチ５０ａ、下パンチ５０ｂおよびダイス５２の間のキャビティに希土類合金粉末を充填する。そして、磁性体からなる上パンチ５０ａ内外および下パンチ５０ｂ内外にそれぞれ設けられる配向コイル５４によって同じ強度の配向磁場を印加しながら、上パンチ５０ａおよび下パンチ５０ｂで希土類合金粉末をプレス成形する。これによって主面１２ａ側のＮ極とＳ極との間で極異方性を有しかつ主面１２ｂ側のＮ極とＳ極との間で極異方性を有する永久磁石片１２が作製される。

図１に戻って、永久磁石体１０は８つの永久磁石片１２を同極が対向するように連結することによって構成され、永久磁石体１０の主面１０ａおよび１０ｂには隣り合う永久磁石片１２が接する部分に磁極（Ｎ極あるいはＳ極）が形成される。したがって、永久磁石体１０の主面１０ａおよび１０ｂには磁極が矢印Ａ方向に交互に８つ並び、永久磁石体１０は隣り合う磁極の間で極異方性を有する。

このような永久磁石体１０では、図１（ｂ）に示すように、主面１０ａおよび１０ｂの磁極（Ｎ極）により多くの磁束Ｌを集中させることができ、従来技術の永久磁石体よりも主面１０ａおよび１０ｂ上における表面磁束密度の最大値を大きくできる。このような永久磁石体１０をアキシャルギャップ型モータのロータに用いる場合、コイルに鎖交する磁束が増加するので、モータのトルクを増加させるあるいはモータを小型に構成することができる。

なお、上述の実施形態では各永久磁石片１２を隣り合う永久磁石片１２と同極が対向するように配置する場合について説明したが、少なくとも１つの永久磁石片１２を隣り合う永久磁石片１２と同極が対向するように配置すればよい。

また、上述の実施形態では磁化方向が２方向の永久磁石片１２を用いる場合について説明したが、磁化方向が一方主面側から他方主面側に湾曲して一方主面側に戻る方向のみの永久磁石片を用いて永久磁石体を構成してもよい。この場合、永久磁石体の一方主面のみに磁極が形成される。磁化方向が一方主面側から他方主面側に湾曲して一方主面側に戻る方向のみの永久磁石片は、たとえば、上パンチ５０ａあるいは下パンチ５０ｂに代えてコイルを有さない非磁性体のパンチを用い、上方側あるいは下方側のいずれか一方からのみ配向磁場を印加することによって作製される（図３参照）。

また、上述の実施形態では複数の永久磁石片１２を用いて永久磁石体１０を構成する場合について説明したが、２以上の偶数個の磁極が周方向に異極が交互に並ぶように主面に形成され、極異方性を有する１つの環状の永久磁石を用いて永久磁石体を構成するようにしてもよい。

ついで、この発明の他の実施形態の永久磁石体１００について説明する。
図４（ａ）および（ｂ）を参照して、永久磁石体１００は、複数（ここでは８つ）の永久磁石片１０２および永久磁石片１０２と同数の永久磁石片１０４を含む。永久磁石片１０２および１０４は、横断面略扇形状に形成される希土類焼結磁石である。永久磁石体１００は、永久磁石片１０２と１０４とを矢印Ａ方向に交互に配置し連結することによって環状に構成される。

図５をも参照して、永久磁石片１０２の磁化方向は軸方向（矢印Ｂ方向）に平行な方向であり、永久磁石片１０４の磁化方向は径方向（矢印Ｃ方向）および矢印Ｂ方向に直交する方向である。この実施形態では、永久磁石片１０２が第１永久磁石片に相当し、永久磁石片１０４が第２永久磁石片に相当する。

図５において永久磁石片１０２内に示すように、永久磁石片１０４を挟んで隣り合う永久磁石片１０２は、異極すなわち互いのＮ極とＳ極とが対向するように配置される。また、図５において永久磁石片１０４内に示すように、永久磁石片１０２を挟んで隣り合う永久磁石片１０４は、同極すなわち互いのＮ極とＮ極とが対向するあるいはＳ極とＳ極とが対向するように配置される。これによって、２つの永久磁石片１０４のＮ極で挟まれる永久磁石片１０２の一方主面１０２ａにはＮ極が形成され、２つの永久磁石片１０４のＳ極で挟まれる永久磁石片１０２の一方主面１０２ａにはＳ極が形成される。したがって、永久磁石体１００の一方主面１００ａにはＮ極とＳ極とが矢印Ａ方向に交互に４つずつ並ぶ。

このような永久磁石体１００では、図４（ｂ）に示すように、永久磁石片１０４を挟んで隣り合う永久磁石片１０２において、一方の永久磁石片１０２の一方主面１０２ａの磁極（Ｎ極）に磁束Ｌを集中させ、該磁極（Ｎ極）からの磁束Ｌを他方の永久磁石片１０２の一方主面１０２ａの磁極（Ｓ極）に効率よく収束させることができる。つまり、他方主面１００ｂ上の永久磁石片１０２の磁極（Ｎ極）から発生する磁束が、基本的に他方主面１００ｂ上に発生することなく、永久磁石片１０４に吸引され、永久磁石片１０４を介して隣り合う永久磁石片１０２に導かれ、また、永久磁石片１０４から発生する磁束も隣接する該永久磁石片１０２によって、他方主面１００ｂ上に発生することなく、一方主面１００ａに誘引されるため、永久磁石体１００では、他方主面１００ｂ上に発生する磁束（漏洩磁束）を減少させることができ、一方主面１００ａ上に形成された磁極に磁束を集中させることができる。したがって、従来技術の永久磁石体よりも一方主面１００ａ上における表面磁束密度の最大値を大きくできる。

また、永久磁石体１００では、永久磁石片１０２と１０４との大きさの比率、言い換えれば、一方主面１００ａの面積に対する永久磁石片１０２の一方主面１０２ａの面積の比率を変更することによって、用途に応じた表面磁束密度分布に変更できる。

ついで、この発明のその他の実施形態の永久磁石体２００について説明する。
図６（ａ）および（ｂ）を参照して、永久磁石体２００は、上述の永久磁石体１００を２つ含み、２つの永久磁石体１００を矢印Ｂ方向に配置し連結することによって構成される。

詳しくは、永久磁石体２００は、２つの永久磁石体１００を互いの他方主面１００ｂ｛図４（ａ）および（ｂ）参照｝が対向するように上下反対に配置しかつ互いの永久磁石片１０２同士および永久磁石片１０４同士がそれぞれ矢印Ｂ方向に並ぶように配置することによって構成される。永久磁石体２００において、矢印Ｂ方向に並ぶ永久磁石片１０２は同極が対向する。

このような永久磁石体２００では、一方主面上および他方主面上における表面磁束密度の最大値を大きくできる。永久磁石体２００の一方主面および他方主面は、いずれも永久磁石体１００の一方主面１００ａに相当することはいうまでもない。

２つの永久磁石体１００を矢印Ｂ方向に連結する場合、図７に示す永久磁石体２００ａのように、２つの永久磁石体１００の間に磁性体からなる中空円板状の介挿部材２０２を配置してもよい。このように介挿部材２０２を２つの永久磁石体１００の間に配置することによって、永久磁石体１００間の反発を抑えることができ、組み立て作業が容易になる。

ついで、この発明のその他の実施形態の永久磁石体３００について説明する。
図８（ａ）および（ｂ）を参照して、永久磁石体３００は、複数（ここでは８つ）の永久磁石片３０２および永久磁石片３０２と同数の磁性材３０４を含む。永久磁石片３０２は、横断面略扇形状に形成される希土類焼結磁石である。また、磁性材３０４は、横断面略扇形状に形成される磁性体であり、たとえば圧粉鉄や珪素鋼等からなる。永久磁石体３００は、永久磁石片３０２と磁性材３０４とを矢印Ａ方向に交互に配置し連結することによって環状に構成される。

永久磁石片３０２の磁化方向は、矢印Ｃ方向および矢印Ｂ方向に直交する方向である。永久磁石体３００において、磁性材３０４を挟んで隣り合う永久磁石片３０２は、同極が対向するように配置される。したがって、永久磁石体３００の主面３００ａには、８つのＮ極と８つのＳ極とがそれぞれ磁性材３０４の主面３０４ａを同極で挟むように矢印Ａ方向に並ぶ。主面３００ｂにおいても同様に、Ｎ極とＳ極とがそれぞれ磁性材３０４の主面３０４ｂを同極で挟むように矢印Ａ方向に並ぶ。

このような永久磁石体３００では、磁性材３０４が磁極片として機能する。これによって、図８（ｂ）に示すように、永久磁石片３０２を挟んで隣り合う磁性材３０４において、一方の磁性材３０４の主面３０４ａに磁束Ｌを集中させ、該磁性材３０４からの磁束Ｌを他方の磁性材３０４の主面３０４ａに効率よく収束させることができる。隣り合う磁性材３０４の主面３０４ｂの間においても同様である。したがって、従来技術の永久磁石体よりも主面３００ａおよび３００ｂ上における表面磁束密度の最大値を大きくできる。

また、永久磁石体３００では、永久磁石片３０２と磁性材３０４との大きさの比率、言い換えれば、主面３００ａ（３００ｂ）の面積に対する磁性材３０４の主面３０４ａ（３０４ｂ）の面積の比率を変更することによって、用途に応じた表面磁束密度分布に変更できる。

なお、永久磁石片１２，１０２，１０４および３０２に用いられる永久磁石は希土類焼結磁石に限定されない。たとえば、希土類焼結磁石に代えて希土類ボンド磁石を永久磁石片１２，１０２，１０４および３０２として用いてもよい。また、希土類系磁石の他にも、永久磁石片１２，１０２，１０４および３０２としてアルニコ系磁石やフェライト系磁石等の任意の永久磁石を選択できる。

ついで、この発明の永久磁石体１０，２００および３００と、図１０（ａ）および（ｂ）に示す従来技術の永久磁石体１との表面磁束密度分布の比較例について説明する。ここでは、各永久磁石体の形状および寸法を統一しかつ各永久磁石体に用いられる永久磁石片の材質を統一して表面磁束密度の測定を行った際の比較例について説明する。

図９を参照して、実線で示す波形Ｗ１は、永久磁石体１０の主面１０ａの点Ｘ１間を結ぶライン上０．５ｍｍの高さにおける表面磁束密度分布である｛図１（ａ）参照｝。一点鎖線で示す波形Ｗ２は、永久磁石体２００の一方主面（永久磁石体１００の一方主面１００ａ）の点Ｘ２間を結ぶライン上０．５ｍｍの高さにおける表面磁束密度分布である｛図６（ａ）参照｝。二点鎖線で示す波形Ｗ３は、永久磁石体３００の主面３００ａの点Ｘ３間を結ぶライン上０．５ｍｍの高さにおける表面磁束密度分布である｛図８（ａ）参照｝。破線で示す波形Ｗ４は、永久磁石体１の主面１ａの点Ｘ４間を結ぶライン上０．５ｍｍの高さにおける表面磁束密度分布である｛図１０（ａ）参照｝。

波形Ｗ１〜Ｗ４から、永久磁石体１０，２００および３００の主面上における表面磁束密度の最大値はいずれも永久磁石体１の主面１ａ上における表面磁束密度の最大値よりも大きくなることがわかる。永久磁石体１０では、極異方性を有する永久磁石片１２を同極が対向するように配置することによって、点Ｘ１間を結ぶラインの中央（Ｎ極）上で表面磁束密度が最大になり、特に表面磁束密度の最大値が大きくなっているのがわかる。

このような永久磁石体１０，２００および３００は、アキシャルギャップ型モータや磁気センサ等に好適に用いられる。永久磁石体１０では、極異方性を有する永久磁石片１２を同極が対向するように配置することによって、表面磁束密度分布が正弦波状の波形となるので、永久磁石体１０をアキシャルギャップ型モータに用いる場合にトルクリップルを低減させることができる。

この発明の一実施形態の永久磁石体を示し、（ａ）は斜視図解図であり、（ｂ）は側面図解図である。 図１の永久磁石体に用いられる永久磁石片を示す斜視図解図である。 図２の永久磁石片の作製態様を示す図解図である。 この発明の他の実施形態の永久磁石体を示し、（ａ）は斜視図解図であり、（ｂ）は側面図解図である。 図４の永久磁石体の一部を示す斜視図解図である。 この発明のその他の実施形態の永久磁石体を示し、（ａ）は斜視図解図であり、（ｂ）は側面図解図である。 この発明のその他の実施形態の永久磁石体を示す斜視図解図である。 この発明のその他の実施形態の永久磁石体を示し、（ａ）は斜視図解図であり、（ｂ）は側面図解図である。 この発明の永久磁石体と従来技術の永久磁石体との表面磁束密度分布の比較例を示す図解図である。 従来技術の永久磁石体を示し、（ａ）は斜視図解図であり、（ｂ）は側面図解図である。

符号の説明

１０，１００，２００，２００ａ，３００ 永久磁石体
１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂ，３００ａ，３００ｂ，３０４ａ，３０４ｂ 主面
１２，１０２，１０４，３０２ 永久磁石片
１００ａ，１０２ａ 一方主面
１００ｂ 他方主面
２０２ 介挿部材
３０４ 磁性材

Claims (7)

1. 少なくとも一方主面に２以上の偶数個の磁極が周方向に異極が交互に並ぶように形成される環状の永久磁石体であって、
   前記磁極のうち周方向に隣り合う異極の間で極異方性を有する、永久磁石体。
2. １つの環状の永久磁石によって構成される、請求項１に記載の永久磁石体。
3. 複数の永久磁石片を周方向に配置することによって構成され、少なくとも１つの前記永久磁石片は隣り合う前記永久磁石片と同極が対向する、請求項１に記載の永久磁石体。
4. ２以上の偶数個の磁極が周方向に異極が交互に並ぶように一方主面に形成される環状の永久磁石体であって、
   磁化方向が軸方向に平行な第１永久磁石片、ならびに
   磁化方向が径方向および軸方向に直交する第２永久磁石片を備え、
   前記第１永久磁石片と前記第２永久磁石片とが周方向に交互に配置され、前記第２永久磁石片を挟んで隣り合う前記第１永久磁石片は異極が対向しかつ前記第１永久磁石片を挟んで隣り合う前記第２永久磁石片は同極が対向する、永久磁石体。
5. 請求項４に記載の永久磁石体を互いの他方主面が対向しかつ互いの前記第１永久磁石片同士が軸方向に同極を対向させて並ぶように２つ配置することによって構成される、永久磁石体。
6. 請求項４に記載の永久磁石体の間に磁性体が配置される、請求項５に記載の永久磁石体。
7. ２以上の偶数個の磁極が周方向に異極が交互に並ぶように主面に形成される環状の永久磁石体であって、
   磁化方向が径方向および軸方向に直交する永久磁石片、ならびに
   磁性体を備え、
   前記永久磁石片と前記磁性体とが周方向に交互に配置され、前記磁性体を挟んで隣り合う前記永久磁石片は同極が対向する、永久磁石体。
   

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