弓形磁石及び磁場成形用金型
【課題】複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度を増加させること。
【解決手段】弓形磁石１０は、複数の磁粉粒子を含む、横断面が円弧形状の磁石である。弓形磁石１０は、その長さ方向と直交する面で切った横断面において、複数の磁粉粒子は、磁化容易軸の配向方向が、２つの点、すなわち、２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂが前記横断面と交差する部分に集束するように配向されている。このようにすることで、弓形磁石１０からの磁束は、２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かう。その結果、弓形磁石１０は、有効に利用できる磁束密度を増加させることができる。
【解決手段】弓形磁石１０は、複数の磁粉粒子を含む、横断面が円弧形状の磁石である。弓形磁石１０は、その長さ方向と直交する面で切った横断面において、複数の磁粉粒子は、磁化容易軸の配向方向が、２つの点、すなわち、２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂが前記横断面と交差する部分に集束するように配向されている。このようにすることで、弓形磁石１０からの磁束は、２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かう。その結果、弓形磁石１０は、有効に利用できる磁束密度を増加させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円弧形状をした弓形磁石及び磁場成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
弓形磁石は、円弧状の形状をしており、電動機のロータ又はステータ等に用いられる。例えば、特許文献１には、円弧状で径方向に異方性を有するフェライト磁石を製造する際に、配向用強磁性体を設けた乾式成形装置を用いることにより、異方性方向が径方向に揃った成形体を得ることが記載されている。また、特許文献１には、異方性フェライト磁石の表面磁束密度を規定することにより、モータのコギングトルク及びトルクリップルを低減することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８１４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動機に弓形磁石を用いる場合、例えば、１極に着磁した弓形磁石を、ロータ又はステータの周方向に向かってＮ極、Ｓ極と交互に配置する。近年においては、電動機に用いる弓形磁石の個数を低減する要請がある。この場合、例えば、周方向における寸法が１極に着磁した弓形磁石よりも大きい弓形磁石を、２極に着磁して用いることがある。このようにして、１台の電動機に用いる弓形磁石の個数を低減することができるが、この場合、異方性方向を径方向に揃え、かつ２極に着磁しただけでは、１極に着磁した弓形磁石を用いる場合と比較して、有効に利用できる磁束密度が低減するという問題があった。特許文献１にこの点については開示も示唆もなく、改善の余地がある。本発明は、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明に係る焼結磁石は、複数の磁粉粒子を含む磁石であり、当該磁石の長さ方向と直交する面で切った横断面において、前記複数の磁粉粒子は、磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束するように配向されていることを特徴とする。
【０００６】
この弓形磁石は、長さ方向と直交する面で切った横断面が円弧形状であり、かつ前記横断面において、複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向は、少なくとも２つの点に集束するようになっており、かつ、集束する点の数と同じ極の数に着磁される。このようにすることで、この弓形磁石から、これに対向する電動機のティースへ向けて磁束を集中させることができる。その結果、この弓形磁石は、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制できるとともに、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列した場合と比較して、ティースが利用できる磁束密度を同等以上とすることができる。
【０００７】
本発明の望ましい態様として、弓形磁石を１極で着磁した場合において、当該弓形磁石の前記横断面における形状が円弧形状の第１曲面と、当該第１曲面の外側に対向して配置されるとともに前記横断面における形状が円弧形状の第２曲面との少なくとも一方での磁束密度の波形は、前記配向方向が集束する点の数だけピークを有することが好ましい。このようにすることで、複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束するので、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制できる。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記波形の前記ピークと最小値との差の絶対値は、前記最小値の絶対値の５％以上であることが好ましい。このようにすることで、複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向は、少なくとも２つの点に集束するようになるので、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制できる。
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係る磁場成形用金型は、型枠と、第１パンチと、第２パンチとを含み、前記型枠と前記第１パンチと前記第２パンチとで囲まれる成形空間内の磁粉粒子を加圧して、円弧状の形状に成形する磁場成形用金型であり、前記第１パンチと前記第２パンチとの少なくとも一方は、前記磁粉粒子と接する成形面を有する非磁性体と、前記非磁性体の前記成形面とは反対側で前記非磁性体と接し、かつ前記非磁性体と接する部分に、前記非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する強磁性体と、を有することを特徴とする。
【００１０】
例えば、前記第１パンチ及び前記第２パンチの両方が前記非磁性体を有する場合、前記強磁性体のうち少なくとも一つは、前記非磁性体と接する部分に前記非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する。また、前記第１パンチ又は前記第２パンチのいずれか一方が前記非磁性体を有する場合、前記非磁性体と接する強磁性体は、前記非磁性体と接する部分に、前記非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する。この成形用金型を用いて磁粉粒子を磁場成形することにより、長さ方向と直交する面で切った横断面において、複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束した弓形磁石を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施形態に係る弓形磁石の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る弓形磁石の長さ方向と直交する面で切った状態を示す断面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る弓形磁石の横断面において、磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向を示す断面図である。
【図４】図４は、着磁を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る弓形磁石を着磁した状態を示す模式図である。
【図６】図６は、１極ずつ着磁した弓形磁石と電動機のティースとの関係を示す図である。
【図７】図７は、２極の着磁をした弓形磁石と電動機のティースとの関係を示す図である。
【図８】図８は、弓形磁石の表面磁束密度を測定する手法の説明図である。
【図９】図９は、弓形磁石の表面磁束密度を測定する手法の説明図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る弓形磁石を１極で着磁した場合における表面磁束密度の波形を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る弓形磁石と寸法及び形状が同じ弓形磁石をラジアル配向して１極で着磁した場合における表面磁束密度の波形を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る弓形磁石を１極で着磁した場合の他の例における表面磁束密度の波形を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る弓形磁石を磁場成形する磁場成形装置の説明図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る磁場成形装置が有する成形用金型を示す説明図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る磁場成形装置が有する成形要金型の変形例を示す説明図である。
【図１６】図１６は、本実施形態に係る弓形磁石を製造する他の手法を示す説明図である。
【図１７】図１７は、本実施形態に係る弓形磁石を製造する他の手法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。また、以下に開示する構成は、適宜組み合わせることが可能である。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る弓形磁石の一例を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る弓形磁石の長さ方向と直交する面で切った状態を示す断面図である。弓形磁石１０は、全体がアーチ形状である。そして、弓形磁石１０は、第１曲面１１と、第１曲面１１の外側１１ｏに、第１曲面１１と対向して配置される第２曲面１２と、第１曲面１１と第２曲面１２とにつながる側面１３と、を有する形状である。本実施形態において、弓形磁石１０は、複数、より具体的には４個の側面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄを有する。それぞれの側面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄは平面であり、互いに直交している。なお、本実施形態において側面１３は４個であるが、側面の数はこれに限定されるものではない。例えば、側面１３Ｂ、１３Ｄと第１曲面１１との境界を面取りし、側面１３を６個にしてもよいし、側面１３Ｂ、１３Ｄと第２曲面１２との境界を面取りし、側面１３を６個にしてもよい。
【００１５】
第１曲面１１又は第２曲面１２は、それぞれ所定の軸Ｚａ、Ｚｂを中心とした円筒の一部である。第１曲面１１及び第２曲面の形状は、軸Ｚａ、Ｚｂと直交する平面で切った場合に、円弧形状、すなわち円の一部の形状となる。本実施形態においては、軸Ｚａ、Ｚｂは同一であり、第１曲面１１の曲率半径ｒａと第２曲面１２の曲率半径ｒｂの大きさが異なる（ｒａ＜ｒｂ）。なお、軸Ｚａ、Ｚｂは異なっていてもよい。また、第１曲面１１及び第２曲面１２は、それぞれ曲率半径が異なっていても同一であってもよい。
【００１６】
弓形磁石１０の長さ方向とは、第１曲面１１又は第２曲面１２の中心となる軸Ｚａ又は軸Ｚｂと平行な方向である。これは、第１曲面１１の曲面又は第２曲面１２の曲面、すなわちＲに沿った方向（図１の矢印Ｃで示す方向）と直交し、かつ第１曲面１１の曲面又は第２曲面１２の曲面と平行な方向である。本実施形態において、前記長さ方向は、平面形状が長方形の側面１３Ｂ、１３Ｄと、第１曲面１１又は第２曲面１２との境界線ＢＬと平行な方向であるともいえる。前記長さ方向と直交する平面で弓形磁石１０を切った断面を、弓形磁石１０の横断面という。第１曲面１１及び第２曲面１２の横断面における形状は、円弧形状である。また、前記長さ方向と直交する方向を幅方向といい、図２に示す軸Ｚａ又は軸Ｚｂを中心とし、かつ弓形磁石１０を通る円の周方向を、弓形磁石１０の周方向という。前記長さ方向における弓形磁石１０の寸法を弓形磁石１０の長さ（符号はＬ）、幅方向における弓形磁石１０の最大寸法を弓形磁石１０の幅（符号はＷ）という。
【００１７】
弓形磁石１０は、全体はアーチ形状で、横断面の形状が円弧形状又はＣ形形状又は扇形形状である。弓形磁石１０は、セグメント形の磁石（セグメント磁石）とも呼ばれ、例えば、電動機のステータ（固定子）又はロータ（回転子）等に用いられる。弓形磁石１０の適用対象は、電動機に限定されるものではない。例えば、弓形磁石１０は、スピーカ、マイク、マグネトロン管、ＭＲＩ用磁場発生装置、ＡＢＳセンサ、燃料・オイルレベルセンサ、ディストリビュータ用センサ、マグネットクラッチ等に用いる永久磁石に対しても広く適用できる。
【００１８】
本実施形態において、弓形磁石１０はフェライト焼結磁石である。フェライト焼結磁石は、複数のフェライトの磁粉粒子を焼結して得られる。フェライト焼結磁石は、比較的高い磁気特性を有しつつ、安価であることから広く使用されている。フェライト焼結磁石の種類は特に限定されるものではなく、バリウム系、ストロンチウム系、カルシウム系等、いずれでもよい。弓形磁石１０がフェライト焼結磁石である場合、弓形磁石１０の製法は、湿式製法、乾式製法いずれであってもよく、製法は問わない。
【００１９】
なお、本実施形態において、弓形磁石１０の種類はフェライト焼結磁石に限定されるものではなく、希土類焼結磁石やサマリウム・コバルト系焼結磁石のような金属焼結磁石であってもよい。また、弓形磁石１０は、磁粉粒子を樹脂又はゴム等で固めたボンド磁石であってもよい。すなわち、本実施形態に係る弓形磁石１０は、複数の磁粉粒子を成形して得られる、複数の磁粉粒子を含む磁石全般が対象となる。
【００２０】
図３は、本実施形態に係る弓形磁石の横断面において、磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向を示す断面図である。図３に示す矢印が磁粉粒子ＣＰｍの配向方向を示し、ＣＬは、弓形磁石１０の幅方向中心を示す（以下同様）。図４は、着磁を説明するための図である。図５は、本実施形態に係る弓形磁石を着磁した状態を示す模式図である。本実施形態において、弓形磁石１０は、複数の磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸が、少なくとも２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束するように配向している。すなわち、弓形磁石１０は、図３に示すように、その横断面において、複数の磁粉粒子ＣＰｍは、磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点（２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂと前記横断面との交点）に集束するように配向されている。磁粉粒子を固めて弓形磁石１０の形状とする際に、磁場中で成形しながら配向（磁場成形）させることにより、磁化容易軸が少なくとも２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束するように磁粉粒子ＣＰｍを配向させる。この磁場成形の手法は後述する。なお、本実施形態において、磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が集束する部分は、２に限定されるものではない。
【００２１】
磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸は、磁粉粒子ＣＰｍを構成する磁性材料の結晶の磁化容易軸に相当する。弓形磁石１０がフェライト磁石である場合、磁粉粒子ＣＰｍは六方晶型の結晶構造を有する。このような結晶構造である場合、結晶ＣＲｍの磁化容易軸は、Ｚ軸である（図３参照）。弓形磁石１０を加熱し、ある温度を超えると弓形磁石１０の結晶は異常成長を起こす。このような弓形磁石１０の横断面を研磨すると、異常成長した結晶は光を反射するようになり、周囲の組織よりも光って見える。したがって、弓形磁石１０の結晶を異常成長させて横断面に現れた結晶を観察することにより、磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸が少なくとも２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束しているか否かを観察することができる。弓形磁石１０がフェライト焼結磁石である場合、例えば、図３に示すように、横断面に現れた結晶ＣＲｍの磁化容易軸（Ｚ軸）が向いている方向を求めて、磁化容易軸が少なくとも２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束しているか否かを知ることができる。
【００２２】
磁粉粒子ＣＰｍを上述したように配向させることにより、弓形磁石１０は、幅方向中心ＣＬを境に磁粉粒子ＣＰｍの配向方向が軸Ｚｃａに向かって集束する部分と、軸Ｚｃｂに向かって集束する部分とに分けられる。本実施形態において、例えば、図４に示すように、１個の弓形磁石１０は、磁性のケース１に組み込まれ、電源３から電力が供給されて磁界を発生させる内面着磁ヨーク２により２極（Ｎ極、Ｓ極）に着磁される。
【００２３】
例えば、図５に示すように、幅方向中心ＣＬで区画される弓形磁石１０の一方を第１部分１０ｎとし、他方を第２部分１０ｓとする。図５に示す例では、第１部分１０ｎがＮ極に、第２部分１０ｓがＳ極に着磁される。このため、１個の弓形磁石１０は、その周方向に向かってＮ極とＳ極とが入れ替わる。上述したように、弓形磁石１０が有する複数の磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸が配向する方向は、軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かっているので、弓形磁石１０の磁化の方向は、第１部分１０ｎにおいて軸Ｚｃａに向かい、第２部分１０ｓにおいて軸Ｚｃｂに向かう。このように、弓形磁石１０は、第１部分１０ｎと第２部分１０ｓとでそれぞれ磁化の方向が異なるため、弓形磁石１０を電動機に用いた場合、弓形磁石１０の磁束はそれぞれの電動機のティースＴＳに集中しやすくなる。その結果、弓形磁石１０は、ティースＴＳが利用できる磁束密度を増加させることができる。この点については後述する。
【００２４】
図６は、１極ずつ着磁した弓形磁石と電動機のティースとの関係を示す図である。図７は、２極の着磁をした弓形磁石と電動機のティースとの関係を示す図である。図６に示す例において、それぞれの弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓは、ラジアル配向により、磁粉粒子の磁化容易軸がそれぞれ軸Ｚｃａ、Ｚｃｂへ向くように配向される。そして、弓形磁石１１０ｎはＮ極に、弓形磁石１１０ｓはＳ極に着磁される。このような弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓを、電動機のロータに組み付けると、それぞれの弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓからの磁束は、それぞれ軸Ｚｃａ、Ｚｃｂへ向かう。その結果、前記磁束は、電動機のそれぞれのティースＴＳに集中しやすくなるとともに、それぞれのティースＴＳを通過する磁束量も多くなる。
【００２５】
図７に示す例の弓形磁石２１０は、周方向の寸法が、図６に示す弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓを周方向に連結した寸法と同程度である。弓形磁石２１０は、ラジアル配向により、磁粉粒子の磁化容易軸が軸Ｚｃへ向くように配向される。そして、弓形磁石２１０は、ラジアル配向を施された後、幅方向中心ＣＬで区画される弓形磁石２１０の一方である第１部分２１０ｎがＮ極に着磁され、他方である第２部分２１０ｓがＳ極に着磁される。このような弓形磁石２１０を、例えば、電動機のロータに組み付けると、第１部分２１０ｎ及び第２部分２１０ｓからの磁束は、いずれも軸Ｚｃへ向かうので、電動機のそれぞれのティースＴＳを通過する磁束量が少なくなる。その結果、ティースＴＳが利用できる磁束密度は、図６に示す弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓよりも低下する。
【００２６】
上述したように、本実施形態においては、弓形磁石１０の磁粉粒子の磁化容易軸が配向する方向は、軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束している。このため、弓形磁石１０が着磁されると、弓形磁石１０のからの磁束は、第１部分１０ｎにおいて軸Ｚｃａに向かい、第２部分１０ｓにおいて軸Ｚｃｂに向かう。このような弓形磁石１０を、例えば、電動機のロータに組み付けると、第１部分１０ｎからの磁束と第２部分１０ｓからの磁束とが、電動機のそれぞれのティースＴＳに向かうので、それぞれのティースＴＳ通過する磁束の量は弓形磁石２１０よりも多くなる。その結果、ティースＴＳが利用できる磁束密度は、図７に示す弓形磁石２１０よりも増加する。
【００２７】
また、図６に示す弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓは、電動機のロータに組み込んだ場合、両者の間には周方向に一定の間隔Ｉが生ずる。すなわち、弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓは、一対のＮ極とＳ極との組み合わせにおいて、極間に一定の間隔Ｉが生ずる。図５に示すように、本実施形態の弓形磁石１０は、１個の磁石を２極（Ｎ極、Ｓ極）に着磁するので、周方向に向かってＮ極とＳ極とが連続している。このような構造により、図５、図６から分かるように、弓形磁石１０は、１極に着磁したＮ極及びＳ極の弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓを周方向に配置する場合とは異なり、極間に一定の間隔Ｉは生じない。このため、弓形磁石１０を用いた場合、ティースＴＳは、幅方向中心ＣＬ付近の領域（中心領域）Ｃからの弓形磁石１０の磁束も利用できる。その結果、ティースＴＳが利用できる磁束密度は、図６に示す弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓよりも増加する。次に、弓形磁石１０の表面における磁束密度（表面磁束密度）Ｂｄについて説明する。
【００２８】
図８、図９は、弓形磁石の表面磁束密度を測定する手法の説明図である。表面磁束密度Ｂｄを測定する場合、図８に示すように、着磁した弓形磁石１０の第１曲面１１の付近にホール素子６を配置する。このときのホール素子６は、第１曲面１１の長さ方向における中央部に位置させて、第１曲面１１に接触させるか、できるだけ接近させて配置する。そして、弓形磁石１０を周方向（図８の矢印ＣＲで示す方向）に回転させることにより、第１曲面１１の周方向における一端ＰＡから他端ＰＢにかけての表面磁束密度Ｂｄの分布が測定される。なお、弓形磁石１０を回転させる場合、ホール素子６と第１曲面１１との距離が変動しないようする。
【００２９】
弓形磁石１０の第２曲面１２の表面磁束密度Ｂｄを測定する場合、図９に示すように、着磁した弓形磁石１０の第２曲面１２の付近にホール素子６を配置する。このときのホール素子６は、第２曲面１２の長さ方向における中央部に位置させて、第２曲面１２に接触させるか、できるだけ接近させて配置する。そして、弓形磁石１０を周方向（図９の矢印ＣＲで示す方向）に回転させることにより、第２曲面１２の周方向における一端ＰＣから他端ＰＤにかけての表面磁束密度Ｂｄの分布が測定される。なお、弓形磁石１０を回転させる場合、ホール素子６と第２曲面１２との距離が変動しないようする。上述したようにして測定された表面磁束密度Ｂｄを、弓形磁石１０の周方向位置に対してプロットすると、表面磁束密度Ｂｄの分布曲線（波形）が得られる。
【００３０】
図１０は、本実施形態に係る弓形磁石を１極で着磁した場合における表面磁束密度の波形を示す図である。図１１は、本実施形態に係る弓形磁石と寸法及び形状が同じ弓形磁石をラジアル配向して１極で着磁した場合における表面磁束密度の波形を示す図である。図１２は、本実施形態に係る弓形磁石を１極で着磁した場合の他の例における表面磁束密度の波形を示す図である。図１０から図１２の測定に用いた弓形磁石は、いずれも材料、寸法及び形状は同一であり、磁場配向の方法が異なる。
【００３１】
図１０から図１２の横軸は、弓形磁石の周方向位置θ（度）であり、縦軸は表面磁束密度Ｂｄである。周方向位置は、θが９０度及び２７０度を中心としておよそ±４５度の範囲が、弓形磁石１０の第１曲面１１又は第２曲面１２の周方向における範囲である。図１０から図１２の縦軸は、測定値を基準の表面磁束密度で規格化した相対値であるが、基準の表面磁束密度は同じ値なので、それぞれの結果同士を比較することはできる。
【００３２】
図１０に示すように、弓形磁石１０を１極で着磁した場合において、弓形磁石１０の表面、すなわち、第１曲面１１と第２曲面１２との少なくとも一方での磁束密度（表面磁束密度）Ｂｄの波形は、弓形磁石１０を構成する複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向（磁粉粒子配向方向）が集束する軸（横断面においては点）の数だけピークを有する。第１曲面１１及び第２曲面１２の両方で、それぞれ前記ピークを有する場合、弓形磁石１０の有する前記ピークの数は、前記配向方向が収束する軸の数の２倍になる。例えば、前記配向方向が収束する軸の数が２つである場合、弓形磁石１０の有する前記ピークの数は４つになる。また、第１曲面１１又は第２曲面１２のいずれか一方で前記ピークを有する場合、弓形磁石１０の有する前記ピークの数は、前記配向方向が収束する軸の数に等しくなる。例えば、前記配向方向が収束する軸の数が２つである場合、弓形磁石１０の有する前記ピークの数は２つになる。
【００３３】
本実施形態では、前記配向方向が集束する軸は、図３に示すように２つである。図１０に示すように、弓形磁石１０の表面磁束密度Ｂｄの波形は、第１曲面１１においては２つのピークＰｉを有し、第２曲面１２においては２つのピークＰｏを有する。一方、図１１に示すように、図３に示す弓形磁石１０と寸法及び形状が同じ弓形磁石をラジアル配向して１極で着磁した場合、表面磁束密度Ｂｄの波形は一つのピークのみ有する。これは、弓形磁石１０の磁粉粒子配向方向が２つの異なる軸に集束した結果、着磁後における表面磁束密度Ｂｄも、弓形磁石１０の周方向において異なる２箇所で高くなることにより、ピークを形成するためであると考えられる。
【００３４】
図１２に示す例は、磁場配向の条件、より具体的には、磁場成形における磁場を図１０に示す例よりも弱めたものである。この例において、弓形磁石１０の表面磁束密度Ｂｄの波形は、第２曲面１２において２つのピークＰｏを有する。また、弓形磁石１０の第１曲面１１における表面磁束密度Ｂｄの波形は、弓形磁石１０の周方向位置θが９０度近傍、すなわち、幅方向中心に向かって減少し、θ＝９０度近傍で極小値をとる。その過程で、表面磁束密度Ｂｄの波形は、極小値をとる位置を除き、Ｐｖｉで示す位置で前記波形が上に凸になるように、前記波形の曲がる方向が変化する。弓形磁石１０は、弓形磁石１０の磁粉粒子配向方向が集束する軸は２つ存在するため、第１曲面１１の周方向において、磁束密度が異なる２箇所に集中した結果、表面磁束密度Ｂｄの波形は、Ｐｖｉで示す位置において、曲がる方向が変化したと考えられる。
【００３５】
このように、弓形磁石１０は、磁場配向の条件が異なることにより、表面磁束密度Ｂｄの波形が異なることがある。しかし、第１曲面１１と第２曲面１２との少なくとも一方における表面磁束密度Ｂｄの波形は、磁粉粒子配向方向が集束する軸の数だけピークを有する。このように、弓形磁石１０は、第１曲面１１と第２曲面１２との少なくとも一方の周方向における表面磁束密度Ｂｄの波形（分布）が、磁粉粒子配向方向が集束する軸の数だけピークを有する点に特徴がある。
【００３６】
図１１に示すように、図３に示す弓形磁石１０と寸法及び形状が同じ弓形磁石をラジアル配向して１極で着磁した場合、表面磁束密度Ｂｄの最高値は、第１曲面１１において６程度である。一方、弓形磁石１０においては、表面磁束密度Ｂｄの最高値は、第１曲面１１におけるピークＰｉの値であり、６．８程度になる。また、弓形磁石１０の表面磁束密度Ｂｄの最小値は、第１曲面１１において６．０程度であり、図１１の弓形磁石と同程度である。
【００３７】
図１０に示す例と図１１に示す例とでトータルフラックスを比較した。図１１に示す、ラジアル配向して１極で着磁した弓形磁石のトータルフラックスは１７２μＷｂであった。これに対し、図１０に示す例、すなわち、磁粉粒子配向方向を２つの異なる軸に集束させた弓形磁石１０のトータルフラックスは１７７．６μＷｂであった。このように、弓形磁石１０は、ラジアル配向して１極で着磁した弓形磁石に対して、トータルフラックスは約３％向上した。この結果から、弓形磁石１０は、磁場配向の条件を調整して磁粉粒子配向方向が集束する軸の位置を調整することにより、寸法及び形状が同じ弓形磁石１０をラジアル配向した場合よりも、高い表面磁束密度を得ることができるといえる。
【００３８】
図１０に示す例において、弓形磁石１０の第１曲面１１における表面磁束密度Ｂｄは、ピークＰｉの値の絶対値が６．７及び６．９、最小値の絶対値が６．０である。第１曲面１１において、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークＰｉと最小値との差の絶対値は、それぞれ０．７、０．９であり、最小値の絶対値の１１．７％、１５％である。また、弓形磁石１０の第２曲面１２における表面磁束密度Ｂｄは、ピークＰｏの値の絶対値がいずれも３．１、最小値の絶対値が３．５である。第２曲面１２において、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークＰｏと最小値との差の絶対値は０．４であり、最小値の絶対値の１１．４％である。図１２に示す例において、弓形磁石１０の第２曲面１２における表面磁束密度Ｂｄは、ピークＰｏの値の絶対値がそれぞれ４．２、４．１、最小値の絶対値が４．４５である。第２曲面１２において、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークＰｏと最小値との差の絶対値は０．２５、０．３５であり、最小値の絶対値の５．６％、７．８％である。これらの結果から、本実施形態において、弓形磁石１０は、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークと最小値との差の絶対値は、最小値の絶対値の５％以上、好ましくは１０％以上あれば、磁粉粒子配向方向を２つの異なる軸に集束させ、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制することができる。
【００３９】
弓形磁石１０を備える電動機は、弓形磁石１０の第１曲面１１が電動機のステータ２６が有するティース２３と対向している。しかし、図１０及び図１２の結果から分かるように、弓形磁石１０は、第２曲面１２においても、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークは、周方向において異なる２箇所に存在する。したがって、ステータが有するティースと弓形磁石の外周面とが対向する方式の電動機に対しても、弓形磁石１０を適用すれば、前記ティースが磁束密度を有効に利用できるので好ましい。次に、弓形磁石１０を磁場成形するための磁場成形装置を説明する。
【００４０】
図１３は、本実施形態に係る弓形磁石を磁場成形する磁場成形装置の説明図である。図１４は、本実施形態に係る磁場成形装置が有する成形用金型を示す説明図である。図１、図３等に示す弓形磁石１０は、磁場成形装置５０によって磁場中で成形（磁場成形）され、この成形体を焼結することによって製造される。磁場成形装置５０は、型枠５１と、第１パンチ５２と、第２パンチ５３と、磁場発生用コイル５５とを含む。磁場成形装置５０は、型枠５１と第１パンチ５２と第２パンチ５３とで囲まれる成形空間５４内の磁粉粒子ＣＰｍ（図１４参照）を加圧して、円弧状の形状に成形する。型枠５１と、第１パンチ５２と、第２パンチ５３とが、弓形磁石１０を磁場成形する際の成形用金型５０Ｍとなる。
【００４１】
型枠５１は、強磁性体であり、シリンダ部５１Ｃを有する。シリンダ部５１Ｃは、断面が矩形、すなわち、弓形磁石１０の平面視の形状である貫通孔である。本実施形態においては、シリンダ部５１Ｃの一方の開口に第１パンチ５２が配置される。第２パンチ５３は、シリンダ部５１Ｃの他方の開口からシリンダ部５１Ｃの内部へ進入している。本実施形態において、第１パンチ５２は鉛直方向とは反対側（上方）に配置され、第２パンチ５３は鉛直方向側（下方）に配置される。成形空間５４は、型枠５１、すなわち型枠５１のシリンダ部５１Ｃと第１パンチ５２と第２パンチ５３とで囲まれる空間である。
【００４２】
磁場成形時においては、シリンダ部５１Ｃの内部に磁粉粒子ＣＰｍを投入し、第１パンチ５２をシリンダ部５１Ｃの一方の開口に配置する。そして、磁場発生用コイル５５によって成形空間５４内の磁粉粒子ＣＰｍに磁界を印加しながら、第２パンチ５３を第１パンチ５２側に進入させて（図１３の矢印Ｐで示す方向）、成形空間５４内の磁粉粒子ＣＰｍを加圧する。このような処理によって、磁粉粒子ＣＰｍは磁界中で加圧されるので、前記磁界の方向に磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸が配向しながら、横断面が円弧形状に成形される。このようにして得られた磁粉粒子の成形体を焼結することにより、弓形磁石１０を得ることができる。
【００４３】
第１パンチ５２は、磁粉粒子ＣＰｍと接する成形面５２ａを有する非磁性体５２Ｎと、非磁性体５２Ｎの成形面５２ａとは反対側（成形空間５４側）で非磁性体５２Ｎと接する強磁性体５２Ｍとを含む。すなわち、非磁性体５２Ｎは、成形面５２ａとは反対側で強磁性体５２Ｍと接する。第２パンチ５３は、磁粉粒子ＣＰｍと接する成形面５３ａを有する非磁性体５３Ｎと、非磁性体５３Ｎの成形面５３ａとは反対側（成形空間５４側）で非磁性体５３Ｎと接し、かつ非磁性体５３Ｎと接する部分に、非磁性体５３Ｎに向かって突出する凸部５６を少なくとも２つ有する強磁性体５３Ｍとを含む。すなわち、非磁性体５３Ｎは、成形面５３ａとは反対側で強磁性体５３Ｍと接する。このような構造により、磁場成形装置５０の第１パンチ５２が有する非磁性体５２Ｎと、第２パンチ５３が有する非磁性体５３Ｎとは、型枠５１のシリンダ部５１Ｃ内で対向している。凸部５６の数は、図１、図３等に示す弓形磁石１０の磁粉粒子配向方向が集束する軸の数に対応しており、２個に限定されるものではない。凸部５６の形状は、曲面形状である。
【００４４】
本実施形態において、第１パンチ５２が有する非磁性体５２Ｎの成形面５２ａは、弓形磁石１０の第２曲面１２を形成する。また、第２パンチ５３が有する非磁性体５３Ｎの成形面５３ａは、弓形磁石１０の第１曲面１１を形成する。このため、成形面５２ａは、弓形磁石１０の第２曲面１２を転写した形状、すなわち凹形の曲面形状であり、成形面５３ａは、弓形磁石１０の第１曲面１１を転写した形状、すなわち凸形の曲面形状である。
【００４５】
第２パンチ５３が有する強磁性体５３Ｍは、曲面形状の凸部５６を２つ有することにより、成形用金型５０Ｍ内の磁束をそれぞれの凸部５６、５６に向かわせることができる。その結果、弓形磁石１０を構成する複数の磁粉粒子の磁化容易軸は、図３に示す２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束するようになる。このような作用によって、磁場成形装置５０は、図３に示すような、第１曲面１１の内側に存在する２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって磁粉粒子配向方向が集束する弓形磁石１０を得ることができる。また、成形空間５４内に、第１パンチ５２の非磁性体５２Ｎと第２パンチ５３の非磁性体５３Ｎとを対向して配置し、磁場成形中においては磁粉粒子ＣＰｍと接するようにすることにより、弓形磁石１０の配向が第１曲面１１又は第２曲面１２に集束することを抑制できる。凸部５６の曲面の曲率半径や頂点の位置等は、磁粉粒子配向方向が集束する軸の位置に応じて適宜調整される（以下同様）。
【００４６】
強磁性体で作られる型枠５１及び強磁性体５２Ｍ、５３Ｍの材料は特に限定されず、一般に用いられるものであればよい。例えば、炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、ダイス鋼等が型枠５１及び強磁性体５２Ｍ、５３Ｍの材料として用いられる。非磁性体５２Ｎ、５３Ｎの材料は特に限定されず、ステライト（登録商標）、ステンレス鋼、銅ベリリウム合金、ハイマンガン鋼、青銅、真鍮、非磁性超鋼等を用いることができる。
【００４７】
また、第１パンチ５２と第２パンチ５３とのいずれか一方は、強磁性体のみを有し、磁場成形中において強磁性体が磁粉粒子ＣＰｍと接するようにしてもよい。すなわち、本実施形態においては、第１パンチ５２と第２パンチ５３との少なくとも一方が、非磁性体を有していればよい。このようにすると、図１３に示す磁場発生用コイル５５が発生する磁場の強さを変更せずに、磁場配向の条件を変更することができる。このため、第１パンチ５２と第２パンチ５３との少なくとも一方が、非磁性体を有するようにすると、磁場配向の条件を変更する際の自由度が高くなる。その結果、製造する弓形磁石１０の特性に応じて、磁場配向の条件を容易に変更することができる。例えば、図１２に示す例の弓形磁石は、第１パンチ５２を強磁性体５２Ｍのみとして磁場成形して得られたものである。なお、第１パンチ５２と第２パンチ５３との少なくとも一方が非磁性体を有する場合、非磁性体と接する強磁性体は、非磁性体と接する部分に、非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有するようにする。第１パンチ５２と第２パンチ５３との少なくとも一方が、非磁性体を有する場合、非磁性体と接する強磁性体は、非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する。
【００４８】
図１５は、本実施形態に係る磁場成形装置が有する成形要金型の変形例を示す説明図である。この成形用金型５０Ｍａは、第２曲面１２（図２参照）の外側に存在する２つの異なる軸に向かって磁粉粒子配向方向を集束させた弓形磁石１０を得るためのものである。この成形用金型５０Ｍａは、型枠５１が有するシリンダ部５１Ｃの一方の開口に配置される第１パンチ５２ａが有する強磁性体５２Ｍａが、非磁性体５２Ｎａに向かって突出する凸部５７を２つ有する。また、第２パンチ５３ａは、非磁性体５３Ｎａと、非磁性体５３Ｎの成形空間５４側で非磁性体５３Ｎと接する強磁性体５３Ｍａとを含んでいる。そして、他方の開口からシリンダ部５１Ｃ内に第２パンチ５３ａが進入する。
【００４９】
このような構造により、第１パンチ５２ａは、成形用金型５０Ｍａ内の磁束をそれぞれの凸部５７、５７に向かわせることができる。その結果、弓形磁石１０を構成する複数の磁粉粒子の磁化容易軸は、第２曲面１２（図２参照）の外側に存在する２つの異なる軸に向かって集束するようになる。この成形用金型５０Ｍａは、第２曲面１２（図２参照）の外側に存在する２つの異なる軸に向かって磁粉粒子配向方向を集束させた弓形磁石１０を成形することができる。
【００５０】
また、成形用金型５０Ｍａにおいて、第２パンチ５３ａを、図１４示す第２パンチ５３としてもよい。すなわち、成形用金型５０Ｍａは、成形面５３ａを有する非磁性体５３Ｎと、この非磁性体５３Ｎの反成形面側に接触し、かつ非磁性体５３Ｎに向かって突出する凸部５６を少なくとも２つ有する強磁性体５２Ｍとを含む第２パンチ５３を備えてもよい。このようにすれば、弓形磁石１０を構成する複数の磁粉粒子の磁化容易軸は、第１曲面１１の内側に存在する２つの異なる軸及び第２曲面１２の外側に存在する２つの異なる軸に向かって集束するようになる。その結果、このような第１パンチ５２ａ及び第２パンチ５３を有する成形用金型５０Ｍａは、第１曲面１１の内側に存在する２つの異なる軸及び第２曲面１２の外側に存在する２つの異なる軸に向かって磁粉粒子配向方向を集束させた弓形磁石１０を成形することができる。このように、本実施形態においては、第１パンチと第２パンチとの少なくとも一方が有する強磁性体は、非磁性体と接する部分に、非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有していればよい。
【００５１】
図１６、図１７は、本実施形態に係る弓形磁石を製造する他の手法を示す説明図である。この手法（製造方法）は、図１、図３等に示す弓形磁石１０の周方向における寸法が半分の部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓを接合することにより、弓形磁石１０を得るものである。まず、部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓを製造する。部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓは、磁場成形においては、それぞれ、ラジアル配向される。このとき、部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓの磁粉粒子配向方向は、軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに集束するようにする。
【００５２】
磁場成形が終了した部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓは、それぞれの側面１０ＳＰ、１０ＳＰ同士で接合される。この接合には、例えば、エポキシ系の接着剤が用いられる。部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓ同士が接着されると、弓形磁石１０ａが完成する。この弓形磁石１０は、第１曲面１１ａの内側に存在する２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって磁粉粒子配向方向が集束する。このように、弓形磁石１０は、ラジアル配向させた複数の部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓを接合することによっても製造することができる。したがって、この手法によれば、上述した成形用金型５０Ｍ、５０Ｍａを用いないでも、弓形磁石１０を製造することができる。
【００５３】
以上、本実施形態に係る弓形磁石は、長さ方向と直交する面で切った横断面において、弓形磁石が有する複数の磁粉粒子は、磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束するようにするとともに、集束する点の数と同じ極の数（本実施形態では２）に着磁する。このようにすることで、本実施形態に係る弓形磁石から、これに対向する電動機のティースへ向けて磁束を集中させることができる。その結果、本実施形態に係る弓形磁石は、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列した場合と比較して、ティースが利用できる磁束密度を同等以上とすることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る弓形磁石は、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合の弓形磁石を周方向に２個連結した寸法の弓形磁石であり、１個の弓形磁石を２極に着磁して用いる。このため、本実施形態に係る弓形磁石を電動機に用いた場合、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、弓形磁石を電動機に組み付ける作業を軽減できるので、電動機の生産性が向上するとともに、製造コストも低減できる。
【００５５】
また、本実施形態に係る弓形磁石を電動機に用いた場合、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、使用する弓形磁石の個数を半分にすることができる。弓形磁石を磁場成形で製造する場合、弓形磁石の寸法が変化しても、磁場成形に要する時間はほぼ同じである。このため、１台の電動機に使用する弓形磁石の個数を半分にできるということは、１台の電動機に用いるすべての弓形磁石を製造する時間を約半分にできることになる。
【００５６】
また、弓形磁石がフェライト焼結磁石である場合、必要な形状及び寸法を得るために、焼結後に研磨が必要である。この研磨は、通常、弓形磁石を、その長さ方向に向かって研磨装置へ送る。すなわち、研磨においては、研磨装置を通過する弓形磁石の総長さが研磨に要する時間に比例する。電動機に使用する弓形磁石の個数を半分にできるということは、１台の電動機に用いるすべての弓形磁石が研磨装置に通過する個数を半分にできるということである。したがって、本実施形態に係る弓形磁石は、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、研磨装置を通過する弓形磁石の総長さも半分にできるので、研磨に要する時間を約半分にすることができる。
【００５７】
さらに、完成した弓形磁石は検査され、検査に合格したものが梱包され、製品として出荷される。１台の電動機に使用する弓形磁石の個数を半分にできるということは、検査する弓形磁石の数を半分にできるということである。このため、検査に要する時間は半減するので、弓形磁石の生産性は向上するとともに、検査員の負担も軽減される。また、１台の電動機に使用する弓形磁石の個数を半分にできるので、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、１台の電動機分の弓形磁石を梱包する梱包材の量も低減できる。このため、本実施形態に係る弓形磁石は、環境負荷も低減できる。このように、本実施形態に係る弓形磁石は、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、生産性の向上及び製造コストの低減を図ることができるとともに、検査員の負担及び環境負荷も低減できるという利点がある。
【符号の説明】
【００５８】
１０、１０ａ、１１０、１１０ｎ、１１０ｓ、２１０ 弓形磁石
１０ｎ、２１０ｎ 第１部分
１０ｓ、２１０ｓ 第２部分
１０Ｓ 部分弓形磁石
１１、１１ａ 第１曲面
１２ 第２曲面
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３、Ｃ、１３Ｄ 側面
２１、２７、３２、３２ａ、１２１ ロータ
２２、１２２ ステータコア
２２ａ ヨーク
２３、１２３、ＴＳ ティース
２４、１２４ 導線
２６、３１、３６ａ ステータ
２７Ｓ、３２Ｓ シャフト
２７Ｃ、３２Ｃ、３３ ロータコア
３０、３０ａ 電動機
３５ 磁石挿入スロット
３６、３６Ｔ ティース
３６Ｙ ヨーク
３７ コイル
３７ａ 励磁コイル
５０ 磁場成形装置
５０Ｍ、５０Ｍａ 成形用金型
５１Ｃ シリンダ部
５１ 型枠
５２、５２ａ 第１パンチ
５２Ｍ、５２Ｍａ 強磁性体
５２Ｎ、５２Ｍａ 非磁性体
５２ａ 成形面
５３、５３ａ 第２パンチ
５３Ｍ、５３Ｍａ 強磁性体
５３Ｎ、５３Ｎａ 非磁性体
５３ａ 成形面
５４ 成形空間
５５ 磁場発生用コイル
５６、５７ 凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円弧形状をした弓形磁石及び磁場成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
弓形磁石は、円弧状の形状をしており、電動機のロータ又はステータ等に用いられる。例えば、特許文献１には、円弧状で径方向に異方性を有するフェライト磁石を製造する際に、配向用強磁性体を設けた乾式成形装置を用いることにより、異方性方向が径方向に揃った成形体を得ることが記載されている。また、特許文献１には、異方性フェライト磁石の表面磁束密度を規定することにより、モータのコギングトルク及びトルクリップルを低減することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８１４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動機に弓形磁石を用いる場合、例えば、１極に着磁した弓形磁石を、ロータ又はステータの周方向に向かってＮ極、Ｓ極と交互に配置する。近年においては、電動機に用いる弓形磁石の個数を低減する要請がある。この場合、例えば、周方向における寸法が１極に着磁した弓形磁石よりも大きい弓形磁石を、２極に着磁して用いることがある。このようにして、１台の電動機に用いる弓形磁石の個数を低減することができるが、この場合、異方性方向を径方向に揃え、かつ２極に着磁しただけでは、１極に着磁した弓形磁石を用いる場合と比較して、有効に利用できる磁束密度が低減するという問題があった。特許文献１にこの点については開示も示唆もなく、改善の余地がある。本発明は、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明に係る焼結磁石は、複数の磁粉粒子を含む磁石であり、当該磁石の長さ方向と直交する面で切った横断面において、前記複数の磁粉粒子は、磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束するように配向されていることを特徴とする。
【０００６】
この弓形磁石は、長さ方向と直交する面で切った横断面が円弧形状であり、かつ前記横断面において、複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向は、少なくとも２つの点に集束するようになっており、かつ、集束する点の数と同じ極の数に着磁される。このようにすることで、この弓形磁石から、これに対向する電動機のティースへ向けて磁束を集中させることができる。その結果、この弓形磁石は、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制できるとともに、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列した場合と比較して、ティースが利用できる磁束密度を同等以上とすることができる。
【０００７】
本発明の望ましい態様として、弓形磁石を１極で着磁した場合において、当該弓形磁石の前記横断面における形状が円弧形状の第１曲面と、当該第１曲面の外側に対向して配置されるとともに前記横断面における形状が円弧形状の第２曲面との少なくとも一方での磁束密度の波形は、前記配向方向が集束する点の数だけピークを有することが好ましい。このようにすることで、複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束するので、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制できる。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記波形の前記ピークと最小値との差の絶対値は、前記最小値の絶対値の５％以上であることが好ましい。このようにすることで、複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向は、少なくとも２つの点に集束するようになるので、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制できる。
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係る磁場成形用金型は、型枠と、第１パンチと、第２パンチとを含み、前記型枠と前記第１パンチと前記第２パンチとで囲まれる成形空間内の磁粉粒子を加圧して、円弧状の形状に成形する磁場成形用金型であり、前記第１パンチと前記第２パンチとの少なくとも一方は、前記磁粉粒子と接する成形面を有する非磁性体と、前記非磁性体の前記成形面とは反対側で前記非磁性体と接し、かつ前記非磁性体と接する部分に、前記非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する強磁性体と、を有することを特徴とする。
【００１０】
例えば、前記第１パンチ及び前記第２パンチの両方が前記非磁性体を有する場合、前記強磁性体のうち少なくとも一つは、前記非磁性体と接する部分に前記非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する。また、前記第１パンチ又は前記第２パンチのいずれか一方が前記非磁性体を有する場合、前記非磁性体と接する強磁性体は、前記非磁性体と接する部分に、前記非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する。この成形用金型を用いて磁粉粒子を磁場成形することにより、長さ方向と直交する面で切った横断面において、複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束した弓形磁石を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、複数の極に着磁された弓形磁石において、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施形態に係る弓形磁石の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る弓形磁石の長さ方向と直交する面で切った状態を示す断面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る弓形磁石の横断面において、磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向を示す断面図である。
【図４】図４は、着磁を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る弓形磁石を着磁した状態を示す模式図である。
【図６】図６は、１極ずつ着磁した弓形磁石と電動機のティースとの関係を示す図である。
【図７】図７は、２極の着磁をした弓形磁石と電動機のティースとの関係を示す図である。
【図８】図８は、弓形磁石の表面磁束密度を測定する手法の説明図である。
【図９】図９は、弓形磁石の表面磁束密度を測定する手法の説明図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る弓形磁石を１極で着磁した場合における表面磁束密度の波形を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る弓形磁石と寸法及び形状が同じ弓形磁石をラジアル配向して１極で着磁した場合における表面磁束密度の波形を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る弓形磁石を１極で着磁した場合の他の例における表面磁束密度の波形を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る弓形磁石を磁場成形する磁場成形装置の説明図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る磁場成形装置が有する成形用金型を示す説明図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る磁場成形装置が有する成形要金型の変形例を示す説明図である。
【図１６】図１６は、本実施形態に係る弓形磁石を製造する他の手法を示す説明図である。
【図１７】図１７は、本実施形態に係る弓形磁石を製造する他の手法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。また、以下に開示する構成は、適宜組み合わせることが可能である。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る弓形磁石の一例を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る弓形磁石の長さ方向と直交する面で切った状態を示す断面図である。弓形磁石１０は、全体がアーチ形状である。そして、弓形磁石１０は、第１曲面１１と、第１曲面１１の外側１１ｏに、第１曲面１１と対向して配置される第２曲面１２と、第１曲面１１と第２曲面１２とにつながる側面１３と、を有する形状である。本実施形態において、弓形磁石１０は、複数、より具体的には４個の側面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄを有する。それぞれの側面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄは平面であり、互いに直交している。なお、本実施形態において側面１３は４個であるが、側面の数はこれに限定されるものではない。例えば、側面１３Ｂ、１３Ｄと第１曲面１１との境界を面取りし、側面１３を６個にしてもよいし、側面１３Ｂ、１３Ｄと第２曲面１２との境界を面取りし、側面１３を６個にしてもよい。
【００１５】
第１曲面１１又は第２曲面１２は、それぞれ所定の軸Ｚａ、Ｚｂを中心とした円筒の一部である。第１曲面１１及び第２曲面の形状は、軸Ｚａ、Ｚｂと直交する平面で切った場合に、円弧形状、すなわち円の一部の形状となる。本実施形態においては、軸Ｚａ、Ｚｂは同一であり、第１曲面１１の曲率半径ｒａと第２曲面１２の曲率半径ｒｂの大きさが異なる（ｒａ＜ｒｂ）。なお、軸Ｚａ、Ｚｂは異なっていてもよい。また、第１曲面１１及び第２曲面１２は、それぞれ曲率半径が異なっていても同一であってもよい。
【００１６】
弓形磁石１０の長さ方向とは、第１曲面１１又は第２曲面１２の中心となる軸Ｚａ又は軸Ｚｂと平行な方向である。これは、第１曲面１１の曲面又は第２曲面１２の曲面、すなわちＲに沿った方向（図１の矢印Ｃで示す方向）と直交し、かつ第１曲面１１の曲面又は第２曲面１２の曲面と平行な方向である。本実施形態において、前記長さ方向は、平面形状が長方形の側面１３Ｂ、１３Ｄと、第１曲面１１又は第２曲面１２との境界線ＢＬと平行な方向であるともいえる。前記長さ方向と直交する平面で弓形磁石１０を切った断面を、弓形磁石１０の横断面という。第１曲面１１及び第２曲面１２の横断面における形状は、円弧形状である。また、前記長さ方向と直交する方向を幅方向といい、図２に示す軸Ｚａ又は軸Ｚｂを中心とし、かつ弓形磁石１０を通る円の周方向を、弓形磁石１０の周方向という。前記長さ方向における弓形磁石１０の寸法を弓形磁石１０の長さ（符号はＬ）、幅方向における弓形磁石１０の最大寸法を弓形磁石１０の幅（符号はＷ）という。
【００１７】
弓形磁石１０は、全体はアーチ形状で、横断面の形状が円弧形状又はＣ形形状又は扇形形状である。弓形磁石１０は、セグメント形の磁石（セグメント磁石）とも呼ばれ、例えば、電動機のステータ（固定子）又はロータ（回転子）等に用いられる。弓形磁石１０の適用対象は、電動機に限定されるものではない。例えば、弓形磁石１０は、スピーカ、マイク、マグネトロン管、ＭＲＩ用磁場発生装置、ＡＢＳセンサ、燃料・オイルレベルセンサ、ディストリビュータ用センサ、マグネットクラッチ等に用いる永久磁石に対しても広く適用できる。
【００１８】
本実施形態において、弓形磁石１０はフェライト焼結磁石である。フェライト焼結磁石は、複数のフェライトの磁粉粒子を焼結して得られる。フェライト焼結磁石は、比較的高い磁気特性を有しつつ、安価であることから広く使用されている。フェライト焼結磁石の種類は特に限定されるものではなく、バリウム系、ストロンチウム系、カルシウム系等、いずれでもよい。弓形磁石１０がフェライト焼結磁石である場合、弓形磁石１０の製法は、湿式製法、乾式製法いずれであってもよく、製法は問わない。
【００１９】
なお、本実施形態において、弓形磁石１０の種類はフェライト焼結磁石に限定されるものではなく、希土類焼結磁石やサマリウム・コバルト系焼結磁石のような金属焼結磁石であってもよい。また、弓形磁石１０は、磁粉粒子を樹脂又はゴム等で固めたボンド磁石であってもよい。すなわち、本実施形態に係る弓形磁石１０は、複数の磁粉粒子を成形して得られる、複数の磁粉粒子を含む磁石全般が対象となる。
【００２０】
図３は、本実施形態に係る弓形磁石の横断面において、磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向を示す断面図である。図３に示す矢印が磁粉粒子ＣＰｍの配向方向を示し、ＣＬは、弓形磁石１０の幅方向中心を示す（以下同様）。図４は、着磁を説明するための図である。図５は、本実施形態に係る弓形磁石を着磁した状態を示す模式図である。本実施形態において、弓形磁石１０は、複数の磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸が、少なくとも２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束するように配向している。すなわち、弓形磁石１０は、図３に示すように、その横断面において、複数の磁粉粒子ＣＰｍは、磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点（２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂと前記横断面との交点）に集束するように配向されている。磁粉粒子を固めて弓形磁石１０の形状とする際に、磁場中で成形しながら配向（磁場成形）させることにより、磁化容易軸が少なくとも２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束するように磁粉粒子ＣＰｍを配向させる。この磁場成形の手法は後述する。なお、本実施形態において、磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が集束する部分は、２に限定されるものではない。
【００２１】
磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸は、磁粉粒子ＣＰｍを構成する磁性材料の結晶の磁化容易軸に相当する。弓形磁石１０がフェライト磁石である場合、磁粉粒子ＣＰｍは六方晶型の結晶構造を有する。このような結晶構造である場合、結晶ＣＲｍの磁化容易軸は、Ｚ軸である（図３参照）。弓形磁石１０を加熱し、ある温度を超えると弓形磁石１０の結晶は異常成長を起こす。このような弓形磁石１０の横断面を研磨すると、異常成長した結晶は光を反射するようになり、周囲の組織よりも光って見える。したがって、弓形磁石１０の結晶を異常成長させて横断面に現れた結晶を観察することにより、磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸が少なくとも２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束しているか否かを観察することができる。弓形磁石１０がフェライト焼結磁石である場合、例えば、図３に示すように、横断面に現れた結晶ＣＲｍの磁化容易軸（Ｚ軸）が向いている方向を求めて、磁化容易軸が少なくとも２つの軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束しているか否かを知ることができる。
【００２２】
磁粉粒子ＣＰｍを上述したように配向させることにより、弓形磁石１０は、幅方向中心ＣＬを境に磁粉粒子ＣＰｍの配向方向が軸Ｚｃａに向かって集束する部分と、軸Ｚｃｂに向かって集束する部分とに分けられる。本実施形態において、例えば、図４に示すように、１個の弓形磁石１０は、磁性のケース１に組み込まれ、電源３から電力が供給されて磁界を発生させる内面着磁ヨーク２により２極（Ｎ極、Ｓ極）に着磁される。
【００２３】
例えば、図５に示すように、幅方向中心ＣＬで区画される弓形磁石１０の一方を第１部分１０ｎとし、他方を第２部分１０ｓとする。図５に示す例では、第１部分１０ｎがＮ極に、第２部分１０ｓがＳ極に着磁される。このため、１個の弓形磁石１０は、その周方向に向かってＮ極とＳ極とが入れ替わる。上述したように、弓形磁石１０が有する複数の磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸が配向する方向は、軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かっているので、弓形磁石１０の磁化の方向は、第１部分１０ｎにおいて軸Ｚｃａに向かい、第２部分１０ｓにおいて軸Ｚｃｂに向かう。このように、弓形磁石１０は、第１部分１０ｎと第２部分１０ｓとでそれぞれ磁化の方向が異なるため、弓形磁石１０を電動機に用いた場合、弓形磁石１０の磁束はそれぞれの電動機のティースＴＳに集中しやすくなる。その結果、弓形磁石１０は、ティースＴＳが利用できる磁束密度を増加させることができる。この点については後述する。
【００２４】
図６は、１極ずつ着磁した弓形磁石と電動機のティースとの関係を示す図である。図７は、２極の着磁をした弓形磁石と電動機のティースとの関係を示す図である。図６に示す例において、それぞれの弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓは、ラジアル配向により、磁粉粒子の磁化容易軸がそれぞれ軸Ｚｃａ、Ｚｃｂへ向くように配向される。そして、弓形磁石１１０ｎはＮ極に、弓形磁石１１０ｓはＳ極に着磁される。このような弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓを、電動機のロータに組み付けると、それぞれの弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓからの磁束は、それぞれ軸Ｚｃａ、Ｚｃｂへ向かう。その結果、前記磁束は、電動機のそれぞれのティースＴＳに集中しやすくなるとともに、それぞれのティースＴＳを通過する磁束量も多くなる。
【００２５】
図７に示す例の弓形磁石２１０は、周方向の寸法が、図６に示す弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓを周方向に連結した寸法と同程度である。弓形磁石２１０は、ラジアル配向により、磁粉粒子の磁化容易軸が軸Ｚｃへ向くように配向される。そして、弓形磁石２１０は、ラジアル配向を施された後、幅方向中心ＣＬで区画される弓形磁石２１０の一方である第１部分２１０ｎがＮ極に着磁され、他方である第２部分２１０ｓがＳ極に着磁される。このような弓形磁石２１０を、例えば、電動機のロータに組み付けると、第１部分２１０ｎ及び第２部分２１０ｓからの磁束は、いずれも軸Ｚｃへ向かうので、電動機のそれぞれのティースＴＳを通過する磁束量が少なくなる。その結果、ティースＴＳが利用できる磁束密度は、図６に示す弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓよりも低下する。
【００２６】
上述したように、本実施形態においては、弓形磁石１０の磁粉粒子の磁化容易軸が配向する方向は、軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束している。このため、弓形磁石１０が着磁されると、弓形磁石１０のからの磁束は、第１部分１０ｎにおいて軸Ｚｃａに向かい、第２部分１０ｓにおいて軸Ｚｃｂに向かう。このような弓形磁石１０を、例えば、電動機のロータに組み付けると、第１部分１０ｎからの磁束と第２部分１０ｓからの磁束とが、電動機のそれぞれのティースＴＳに向かうので、それぞれのティースＴＳ通過する磁束の量は弓形磁石２１０よりも多くなる。その結果、ティースＴＳが利用できる磁束密度は、図７に示す弓形磁石２１０よりも増加する。
【００２７】
また、図６に示す弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓは、電動機のロータに組み込んだ場合、両者の間には周方向に一定の間隔Ｉが生ずる。すなわち、弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓは、一対のＮ極とＳ極との組み合わせにおいて、極間に一定の間隔Ｉが生ずる。図５に示すように、本実施形態の弓形磁石１０は、１個の磁石を２極（Ｎ極、Ｓ極）に着磁するので、周方向に向かってＮ極とＳ極とが連続している。このような構造により、図５、図６から分かるように、弓形磁石１０は、１極に着磁したＮ極及びＳ極の弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓを周方向に配置する場合とは異なり、極間に一定の間隔Ｉは生じない。このため、弓形磁石１０を用いた場合、ティースＴＳは、幅方向中心ＣＬ付近の領域（中心領域）Ｃからの弓形磁石１０の磁束も利用できる。その結果、ティースＴＳが利用できる磁束密度は、図６に示す弓形磁石１１０ｎ、１１０ｓよりも増加する。次に、弓形磁石１０の表面における磁束密度（表面磁束密度）Ｂｄについて説明する。
【００２８】
図８、図９は、弓形磁石の表面磁束密度を測定する手法の説明図である。表面磁束密度Ｂｄを測定する場合、図８に示すように、着磁した弓形磁石１０の第１曲面１１の付近にホール素子６を配置する。このときのホール素子６は、第１曲面１１の長さ方向における中央部に位置させて、第１曲面１１に接触させるか、できるだけ接近させて配置する。そして、弓形磁石１０を周方向（図８の矢印ＣＲで示す方向）に回転させることにより、第１曲面１１の周方向における一端ＰＡから他端ＰＢにかけての表面磁束密度Ｂｄの分布が測定される。なお、弓形磁石１０を回転させる場合、ホール素子６と第１曲面１１との距離が変動しないようする。
【００２９】
弓形磁石１０の第２曲面１２の表面磁束密度Ｂｄを測定する場合、図９に示すように、着磁した弓形磁石１０の第２曲面１２の付近にホール素子６を配置する。このときのホール素子６は、第２曲面１２の長さ方向における中央部に位置させて、第２曲面１２に接触させるか、できるだけ接近させて配置する。そして、弓形磁石１０を周方向（図９の矢印ＣＲで示す方向）に回転させることにより、第２曲面１２の周方向における一端ＰＣから他端ＰＤにかけての表面磁束密度Ｂｄの分布が測定される。なお、弓形磁石１０を回転させる場合、ホール素子６と第２曲面１２との距離が変動しないようする。上述したようにして測定された表面磁束密度Ｂｄを、弓形磁石１０の周方向位置に対してプロットすると、表面磁束密度Ｂｄの分布曲線（波形）が得られる。
【００３０】
図１０は、本実施形態に係る弓形磁石を１極で着磁した場合における表面磁束密度の波形を示す図である。図１１は、本実施形態に係る弓形磁石と寸法及び形状が同じ弓形磁石をラジアル配向して１極で着磁した場合における表面磁束密度の波形を示す図である。図１２は、本実施形態に係る弓形磁石を１極で着磁した場合の他の例における表面磁束密度の波形を示す図である。図１０から図１２の測定に用いた弓形磁石は、いずれも材料、寸法及び形状は同一であり、磁場配向の方法が異なる。
【００３１】
図１０から図１２の横軸は、弓形磁石の周方向位置θ（度）であり、縦軸は表面磁束密度Ｂｄである。周方向位置は、θが９０度及び２７０度を中心としておよそ±４５度の範囲が、弓形磁石１０の第１曲面１１又は第２曲面１２の周方向における範囲である。図１０から図１２の縦軸は、測定値を基準の表面磁束密度で規格化した相対値であるが、基準の表面磁束密度は同じ値なので、それぞれの結果同士を比較することはできる。
【００３２】
図１０に示すように、弓形磁石１０を１極で着磁した場合において、弓形磁石１０の表面、すなわち、第１曲面１１と第２曲面１２との少なくとも一方での磁束密度（表面磁束密度）Ｂｄの波形は、弓形磁石１０を構成する複数の磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向（磁粉粒子配向方向）が集束する軸（横断面においては点）の数だけピークを有する。第１曲面１１及び第２曲面１２の両方で、それぞれ前記ピークを有する場合、弓形磁石１０の有する前記ピークの数は、前記配向方向が収束する軸の数の２倍になる。例えば、前記配向方向が収束する軸の数が２つである場合、弓形磁石１０の有する前記ピークの数は４つになる。また、第１曲面１１又は第２曲面１２のいずれか一方で前記ピークを有する場合、弓形磁石１０の有する前記ピークの数は、前記配向方向が収束する軸の数に等しくなる。例えば、前記配向方向が収束する軸の数が２つである場合、弓形磁石１０の有する前記ピークの数は２つになる。
【００３３】
本実施形態では、前記配向方向が集束する軸は、図３に示すように２つである。図１０に示すように、弓形磁石１０の表面磁束密度Ｂｄの波形は、第１曲面１１においては２つのピークＰｉを有し、第２曲面１２においては２つのピークＰｏを有する。一方、図１１に示すように、図３に示す弓形磁石１０と寸法及び形状が同じ弓形磁石をラジアル配向して１極で着磁した場合、表面磁束密度Ｂｄの波形は一つのピークのみ有する。これは、弓形磁石１０の磁粉粒子配向方向が２つの異なる軸に集束した結果、着磁後における表面磁束密度Ｂｄも、弓形磁石１０の周方向において異なる２箇所で高くなることにより、ピークを形成するためであると考えられる。
【００３４】
図１２に示す例は、磁場配向の条件、より具体的には、磁場成形における磁場を図１０に示す例よりも弱めたものである。この例において、弓形磁石１０の表面磁束密度Ｂｄの波形は、第２曲面１２において２つのピークＰｏを有する。また、弓形磁石１０の第１曲面１１における表面磁束密度Ｂｄの波形は、弓形磁石１０の周方向位置θが９０度近傍、すなわち、幅方向中心に向かって減少し、θ＝９０度近傍で極小値をとる。その過程で、表面磁束密度Ｂｄの波形は、極小値をとる位置を除き、Ｐｖｉで示す位置で前記波形が上に凸になるように、前記波形の曲がる方向が変化する。弓形磁石１０は、弓形磁石１０の磁粉粒子配向方向が集束する軸は２つ存在するため、第１曲面１１の周方向において、磁束密度が異なる２箇所に集中した結果、表面磁束密度Ｂｄの波形は、Ｐｖｉで示す位置において、曲がる方向が変化したと考えられる。
【００３５】
このように、弓形磁石１０は、磁場配向の条件が異なることにより、表面磁束密度Ｂｄの波形が異なることがある。しかし、第１曲面１１と第２曲面１２との少なくとも一方における表面磁束密度Ｂｄの波形は、磁粉粒子配向方向が集束する軸の数だけピークを有する。このように、弓形磁石１０は、第１曲面１１と第２曲面１２との少なくとも一方の周方向における表面磁束密度Ｂｄの波形（分布）が、磁粉粒子配向方向が集束する軸の数だけピークを有する点に特徴がある。
【００３６】
図１１に示すように、図３に示す弓形磁石１０と寸法及び形状が同じ弓形磁石をラジアル配向して１極で着磁した場合、表面磁束密度Ｂｄの最高値は、第１曲面１１において６程度である。一方、弓形磁石１０においては、表面磁束密度Ｂｄの最高値は、第１曲面１１におけるピークＰｉの値であり、６．８程度になる。また、弓形磁石１０の表面磁束密度Ｂｄの最小値は、第１曲面１１において６．０程度であり、図１１の弓形磁石と同程度である。
【００３７】
図１０に示す例と図１１に示す例とでトータルフラックスを比較した。図１１に示す、ラジアル配向して１極で着磁した弓形磁石のトータルフラックスは１７２μＷｂであった。これに対し、図１０に示す例、すなわち、磁粉粒子配向方向を２つの異なる軸に集束させた弓形磁石１０のトータルフラックスは１７７．６μＷｂであった。このように、弓形磁石１０は、ラジアル配向して１極で着磁した弓形磁石に対して、トータルフラックスは約３％向上した。この結果から、弓形磁石１０は、磁場配向の条件を調整して磁粉粒子配向方向が集束する軸の位置を調整することにより、寸法及び形状が同じ弓形磁石１０をラジアル配向した場合よりも、高い表面磁束密度を得ることができるといえる。
【００３８】
図１０に示す例において、弓形磁石１０の第１曲面１１における表面磁束密度Ｂｄは、ピークＰｉの値の絶対値が６．７及び６．９、最小値の絶対値が６．０である。第１曲面１１において、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークＰｉと最小値との差の絶対値は、それぞれ０．７、０．９であり、最小値の絶対値の１１．７％、１５％である。また、弓形磁石１０の第２曲面１２における表面磁束密度Ｂｄは、ピークＰｏの値の絶対値がいずれも３．１、最小値の絶対値が３．５である。第２曲面１２において、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークＰｏと最小値との差の絶対値は０．４であり、最小値の絶対値の１１．４％である。図１２に示す例において、弓形磁石１０の第２曲面１２における表面磁束密度Ｂｄは、ピークＰｏの値の絶対値がそれぞれ４．２、４．１、最小値の絶対値が４．４５である。第２曲面１２において、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークＰｏと最小値との差の絶対値は０．２５、０．３５であり、最小値の絶対値の５．６％、７．８％である。これらの結果から、本実施形態において、弓形磁石１０は、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークと最小値との差の絶対値は、最小値の絶対値の５％以上、好ましくは１０％以上あれば、磁粉粒子配向方向を２つの異なる軸に集束させ、有効に利用できる磁束密度の低下を抑制することができる。
【００３９】
弓形磁石１０を備える電動機は、弓形磁石１０の第１曲面１１が電動機のステータ２６が有するティース２３と対向している。しかし、図１０及び図１２の結果から分かるように、弓形磁石１０は、第２曲面１２においても、表面磁束密度Ｂｄの波形のピークは、周方向において異なる２箇所に存在する。したがって、ステータが有するティースと弓形磁石の外周面とが対向する方式の電動機に対しても、弓形磁石１０を適用すれば、前記ティースが磁束密度を有効に利用できるので好ましい。次に、弓形磁石１０を磁場成形するための磁場成形装置を説明する。
【００４０】
図１３は、本実施形態に係る弓形磁石を磁場成形する磁場成形装置の説明図である。図１４は、本実施形態に係る磁場成形装置が有する成形用金型を示す説明図である。図１、図３等に示す弓形磁石１０は、磁場成形装置５０によって磁場中で成形（磁場成形）され、この成形体を焼結することによって製造される。磁場成形装置５０は、型枠５１と、第１パンチ５２と、第２パンチ５３と、磁場発生用コイル５５とを含む。磁場成形装置５０は、型枠５１と第１パンチ５２と第２パンチ５３とで囲まれる成形空間５４内の磁粉粒子ＣＰｍ（図１４参照）を加圧して、円弧状の形状に成形する。型枠５１と、第１パンチ５２と、第２パンチ５３とが、弓形磁石１０を磁場成形する際の成形用金型５０Ｍとなる。
【００４１】
型枠５１は、強磁性体であり、シリンダ部５１Ｃを有する。シリンダ部５１Ｃは、断面が矩形、すなわち、弓形磁石１０の平面視の形状である貫通孔である。本実施形態においては、シリンダ部５１Ｃの一方の開口に第１パンチ５２が配置される。第２パンチ５３は、シリンダ部５１Ｃの他方の開口からシリンダ部５１Ｃの内部へ進入している。本実施形態において、第１パンチ５２は鉛直方向とは反対側（上方）に配置され、第２パンチ５３は鉛直方向側（下方）に配置される。成形空間５４は、型枠５１、すなわち型枠５１のシリンダ部５１Ｃと第１パンチ５２と第２パンチ５３とで囲まれる空間である。
【００４２】
磁場成形時においては、シリンダ部５１Ｃの内部に磁粉粒子ＣＰｍを投入し、第１パンチ５２をシリンダ部５１Ｃの一方の開口に配置する。そして、磁場発生用コイル５５によって成形空間５４内の磁粉粒子ＣＰｍに磁界を印加しながら、第２パンチ５３を第１パンチ５２側に進入させて（図１３の矢印Ｐで示す方向）、成形空間５４内の磁粉粒子ＣＰｍを加圧する。このような処理によって、磁粉粒子ＣＰｍは磁界中で加圧されるので、前記磁界の方向に磁粉粒子ＣＰｍの磁化容易軸が配向しながら、横断面が円弧形状に成形される。このようにして得られた磁粉粒子の成形体を焼結することにより、弓形磁石１０を得ることができる。
【００４３】
第１パンチ５２は、磁粉粒子ＣＰｍと接する成形面５２ａを有する非磁性体５２Ｎと、非磁性体５２Ｎの成形面５２ａとは反対側（成形空間５４側）で非磁性体５２Ｎと接する強磁性体５２Ｍとを含む。すなわち、非磁性体５２Ｎは、成形面５２ａとは反対側で強磁性体５２Ｍと接する。第２パンチ５３は、磁粉粒子ＣＰｍと接する成形面５３ａを有する非磁性体５３Ｎと、非磁性体５３Ｎの成形面５３ａとは反対側（成形空間５４側）で非磁性体５３Ｎと接し、かつ非磁性体５３Ｎと接する部分に、非磁性体５３Ｎに向かって突出する凸部５６を少なくとも２つ有する強磁性体５３Ｍとを含む。すなわち、非磁性体５３Ｎは、成形面５３ａとは反対側で強磁性体５３Ｍと接する。このような構造により、磁場成形装置５０の第１パンチ５２が有する非磁性体５２Ｎと、第２パンチ５３が有する非磁性体５３Ｎとは、型枠５１のシリンダ部５１Ｃ内で対向している。凸部５６の数は、図１、図３等に示す弓形磁石１０の磁粉粒子配向方向が集束する軸の数に対応しており、２個に限定されるものではない。凸部５６の形状は、曲面形状である。
【００４４】
本実施形態において、第１パンチ５２が有する非磁性体５２Ｎの成形面５２ａは、弓形磁石１０の第２曲面１２を形成する。また、第２パンチ５３が有する非磁性体５３Ｎの成形面５３ａは、弓形磁石１０の第１曲面１１を形成する。このため、成形面５２ａは、弓形磁石１０の第２曲面１２を転写した形状、すなわち凹形の曲面形状であり、成形面５３ａは、弓形磁石１０の第１曲面１１を転写した形状、すなわち凸形の曲面形状である。
【００４５】
第２パンチ５３が有する強磁性体５３Ｍは、曲面形状の凸部５６を２つ有することにより、成形用金型５０Ｍ内の磁束をそれぞれの凸部５６、５６に向かわせることができる。その結果、弓形磁石１０を構成する複数の磁粉粒子の磁化容易軸は、図３に示す２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって集束するようになる。このような作用によって、磁場成形装置５０は、図３に示すような、第１曲面１１の内側に存在する２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって磁粉粒子配向方向が集束する弓形磁石１０を得ることができる。また、成形空間５４内に、第１パンチ５２の非磁性体５２Ｎと第２パンチ５３の非磁性体５３Ｎとを対向して配置し、磁場成形中においては磁粉粒子ＣＰｍと接するようにすることにより、弓形磁石１０の配向が第１曲面１１又は第２曲面１２に集束することを抑制できる。凸部５６の曲面の曲率半径や頂点の位置等は、磁粉粒子配向方向が集束する軸の位置に応じて適宜調整される（以下同様）。
【００４６】
強磁性体で作られる型枠５１及び強磁性体５２Ｍ、５３Ｍの材料は特に限定されず、一般に用いられるものであればよい。例えば、炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、ダイス鋼等が型枠５１及び強磁性体５２Ｍ、５３Ｍの材料として用いられる。非磁性体５２Ｎ、５３Ｎの材料は特に限定されず、ステライト（登録商標）、ステンレス鋼、銅ベリリウム合金、ハイマンガン鋼、青銅、真鍮、非磁性超鋼等を用いることができる。
【００４７】
また、第１パンチ５２と第２パンチ５３とのいずれか一方は、強磁性体のみを有し、磁場成形中において強磁性体が磁粉粒子ＣＰｍと接するようにしてもよい。すなわち、本実施形態においては、第１パンチ５２と第２パンチ５３との少なくとも一方が、非磁性体を有していればよい。このようにすると、図１３に示す磁場発生用コイル５５が発生する磁場の強さを変更せずに、磁場配向の条件を変更することができる。このため、第１パンチ５２と第２パンチ５３との少なくとも一方が、非磁性体を有するようにすると、磁場配向の条件を変更する際の自由度が高くなる。その結果、製造する弓形磁石１０の特性に応じて、磁場配向の条件を容易に変更することができる。例えば、図１２に示す例の弓形磁石は、第１パンチ５２を強磁性体５２Ｍのみとして磁場成形して得られたものである。なお、第１パンチ５２と第２パンチ５３との少なくとも一方が非磁性体を有する場合、非磁性体と接する強磁性体は、非磁性体と接する部分に、非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有するようにする。第１パンチ５２と第２パンチ５３との少なくとも一方が、非磁性体を有する場合、非磁性体と接する強磁性体は、非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する。
【００４８】
図１５は、本実施形態に係る磁場成形装置が有する成形要金型の変形例を示す説明図である。この成形用金型５０Ｍａは、第２曲面１２（図２参照）の外側に存在する２つの異なる軸に向かって磁粉粒子配向方向を集束させた弓形磁石１０を得るためのものである。この成形用金型５０Ｍａは、型枠５１が有するシリンダ部５１Ｃの一方の開口に配置される第１パンチ５２ａが有する強磁性体５２Ｍａが、非磁性体５２Ｎａに向かって突出する凸部５７を２つ有する。また、第２パンチ５３ａは、非磁性体５３Ｎａと、非磁性体５３Ｎの成形空間５４側で非磁性体５３Ｎと接する強磁性体５３Ｍａとを含んでいる。そして、他方の開口からシリンダ部５１Ｃ内に第２パンチ５３ａが進入する。
【００４９】
このような構造により、第１パンチ５２ａは、成形用金型５０Ｍａ内の磁束をそれぞれの凸部５７、５７に向かわせることができる。その結果、弓形磁石１０を構成する複数の磁粉粒子の磁化容易軸は、第２曲面１２（図２参照）の外側に存在する２つの異なる軸に向かって集束するようになる。この成形用金型５０Ｍａは、第２曲面１２（図２参照）の外側に存在する２つの異なる軸に向かって磁粉粒子配向方向を集束させた弓形磁石１０を成形することができる。
【００５０】
また、成形用金型５０Ｍａにおいて、第２パンチ５３ａを、図１４示す第２パンチ５３としてもよい。すなわち、成形用金型５０Ｍａは、成形面５３ａを有する非磁性体５３Ｎと、この非磁性体５３Ｎの反成形面側に接触し、かつ非磁性体５３Ｎに向かって突出する凸部５６を少なくとも２つ有する強磁性体５２Ｍとを含む第２パンチ５３を備えてもよい。このようにすれば、弓形磁石１０を構成する複数の磁粉粒子の磁化容易軸は、第１曲面１１の内側に存在する２つの異なる軸及び第２曲面１２の外側に存在する２つの異なる軸に向かって集束するようになる。その結果、このような第１パンチ５２ａ及び第２パンチ５３を有する成形用金型５０Ｍａは、第１曲面１１の内側に存在する２つの異なる軸及び第２曲面１２の外側に存在する２つの異なる軸に向かって磁粉粒子配向方向を集束させた弓形磁石１０を成形することができる。このように、本実施形態においては、第１パンチと第２パンチとの少なくとも一方が有する強磁性体は、非磁性体と接する部分に、非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有していればよい。
【００５１】
図１６、図１７は、本実施形態に係る弓形磁石を製造する他の手法を示す説明図である。この手法（製造方法）は、図１、図３等に示す弓形磁石１０の周方向における寸法が半分の部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓを接合することにより、弓形磁石１０を得るものである。まず、部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓを製造する。部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓは、磁場成形においては、それぞれ、ラジアル配向される。このとき、部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓの磁粉粒子配向方向は、軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに集束するようにする。
【００５２】
磁場成形が終了した部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓは、それぞれの側面１０ＳＰ、１０ＳＰ同士で接合される。この接合には、例えば、エポキシ系の接着剤が用いられる。部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓ同士が接着されると、弓形磁石１０ａが完成する。この弓形磁石１０は、第１曲面１１ａの内側に存在する２つの異なる軸Ｚｃａ、Ｚｃｂに向かって磁粉粒子配向方向が集束する。このように、弓形磁石１０は、ラジアル配向させた複数の部分弓形磁石１０Ｓ、１０Ｓを接合することによっても製造することができる。したがって、この手法によれば、上述した成形用金型５０Ｍ、５０Ｍａを用いないでも、弓形磁石１０を製造することができる。
【００５３】
以上、本実施形態に係る弓形磁石は、長さ方向と直交する面で切った横断面において、弓形磁石が有する複数の磁粉粒子は、磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束するようにするとともに、集束する点の数と同じ極の数（本実施形態では２）に着磁する。このようにすることで、本実施形態に係る弓形磁石から、これに対向する電動機のティースへ向けて磁束を集中させることができる。その結果、本実施形態に係る弓形磁石は、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列した場合と比較して、ティースが利用できる磁束密度を同等以上とすることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る弓形磁石は、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合の弓形磁石を周方向に２個連結した寸法の弓形磁石であり、１個の弓形磁石を２極に着磁して用いる。このため、本実施形態に係る弓形磁石を電動機に用いた場合、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、弓形磁石を電動機に組み付ける作業を軽減できるので、電動機の生産性が向上するとともに、製造コストも低減できる。
【００５５】
また、本実施形態に係る弓形磁石を電動機に用いた場合、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、使用する弓形磁石の個数を半分にすることができる。弓形磁石を磁場成形で製造する場合、弓形磁石の寸法が変化しても、磁場成形に要する時間はほぼ同じである。このため、１台の電動機に使用する弓形磁石の個数を半分にできるということは、１台の電動機に用いるすべての弓形磁石を製造する時間を約半分にできることになる。
【００５６】
また、弓形磁石がフェライト焼結磁石である場合、必要な形状及び寸法を得るために、焼結後に研磨が必要である。この研磨は、通常、弓形磁石を、その長さ方向に向かって研磨装置へ送る。すなわち、研磨においては、研磨装置を通過する弓形磁石の総長さが研磨に要する時間に比例する。電動機に使用する弓形磁石の個数を半分にできるということは、１台の電動機に用いるすべての弓形磁石が研磨装置に通過する個数を半分にできるということである。したがって、本実施形態に係る弓形磁石は、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、研磨装置を通過する弓形磁石の総長さも半分にできるので、研磨に要する時間を約半分にすることができる。
【００５７】
さらに、完成した弓形磁石は検査され、検査に合格したものが梱包され、製品として出荷される。１台の電動機に使用する弓形磁石の個数を半分にできるということは、検査する弓形磁石の数を半分にできるということである。このため、検査に要する時間は半減するので、弓形磁石の生産性は向上するとともに、検査員の負担も軽減される。また、１台の電動機に使用する弓形磁石の個数を半分にできるので、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、１台の電動機分の弓形磁石を梱包する梱包材の量も低減できる。このため、本実施形態に係る弓形磁石は、環境負荷も低減できる。このように、本実施形態に係る弓形磁石は、１極に着磁した弓形磁石をＮ極、Ｓ極と交互に配列して用いる場合と比較して、生産性の向上及び製造コストの低減を図ることができるとともに、検査員の負担及び環境負荷も低減できるという利点がある。
【符号の説明】
【００５８】
１０、１０ａ、１１０、１１０ｎ、１１０ｓ、２１０ 弓形磁石
１０ｎ、２１０ｎ 第１部分
１０ｓ、２１０ｓ 第２部分
１０Ｓ 部分弓形磁石
１１、１１ａ 第１曲面
１２ 第２曲面
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３、Ｃ、１３Ｄ 側面
２１、２７、３２、３２ａ、１２１ ロータ
２２、１２２ ステータコア
２２ａ ヨーク
２３、１２３、ＴＳ ティース
２４、１２４ 導線
２６、３１、３６ａ ステータ
２７Ｓ、３２Ｓ シャフト
２７Ｃ、３２Ｃ、３３ ロータコア
３０、３０ａ 電動機
３５ 磁石挿入スロット
３６、３６Ｔ ティース
３６Ｙ ヨーク
３７ コイル
３７ａ 励磁コイル
５０ 磁場成形装置
５０Ｍ、５０Ｍａ 成形用金型
５１Ｃ シリンダ部
５１ 型枠
５２、５２ａ 第１パンチ
５２Ｍ、５２Ｍａ 強磁性体
５２Ｎ、５２Ｍａ 非磁性体
５２ａ 成形面
５３、５３ａ 第２パンチ
５３Ｍ、５３Ｍａ 強磁性体
５３Ｎ、５３Ｎａ 非磁性体
５３ａ 成形面
５４ 成形空間
５５ 磁場発生用コイル
５６、５７ 凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁粉粒子を含む磁石であり、
当該磁石の長さ方向と直交する面で切った横断面において、前記複数の磁粉粒子は、磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束するように配向されていることを特徴とする弓形磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の弓形磁石を１極で着磁した場合において、当該弓形磁石の前記横断面における形状が円弧形状の第１曲面と、当該第１曲面の外側に対向して配置されるとともに前記横断面における形状が円弧形状の第２曲面との少なくとも一方での磁束密度の波形は、前記配向方向が集束する点の数だけピークを有する弓形磁石。
【請求項３】
前記波形の前記ピークと最小値との差の絶対値は、前記最小値の絶対値の５％以上である請求項２に記載の弓形磁石。
【請求項４】
型枠と、第１パンチと、第２パンチとを含み、前記型枠と前記第１パンチと前記第２パンチとで囲まれる成形空間内の磁粉粒子を加圧して、円弧状の形状に成形する磁場成形用金型であり、
前記第１パンチと前記第２パンチとの少なくとも一方は、
前記磁粉粒子と接する成形面を有する非磁性体と、
前記非磁性体の前記成形面とは反対側で前記非磁性体と接し、かつ前記非磁性体と接する部分に、前記非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する強磁性体と、
を有することを特徴とする磁場成形用金型。
【請求項１】
複数の磁粉粒子を含む磁石であり、
当該磁石の長さ方向と直交する面で切った横断面において、前記複数の磁粉粒子は、磁化容易軸の配向方向が、少なくとも２つの点に集束するように配向されていることを特徴とする弓形磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の弓形磁石を１極で着磁した場合において、当該弓形磁石の前記横断面における形状が円弧形状の第１曲面と、当該第１曲面の外側に対向して配置されるとともに前記横断面における形状が円弧形状の第２曲面との少なくとも一方での磁束密度の波形は、前記配向方向が集束する点の数だけピークを有する弓形磁石。
【請求項３】
前記波形の前記ピークと最小値との差の絶対値は、前記最小値の絶対値の５％以上である請求項２に記載の弓形磁石。
【請求項４】
型枠と、第１パンチと、第２パンチとを含み、前記型枠と前記第１パンチと前記第２パンチとで囲まれる成形空間内の磁粉粒子を加圧して、円弧状の形状に成形する磁場成形用金型であり、
前記第１パンチと前記第２パンチとの少なくとも一方は、
前記磁粉粒子と接する成形面を有する非磁性体と、
前記非磁性体の前記成形面とは反対側で前記非磁性体と接し、かつ前記非磁性体と接する部分に、前記非磁性体に向かって突出する凸部を少なくとも２つ有する強磁性体と、
を有することを特徴とする磁場成形用金型。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−８００９７（Ｐ２０１２−８００９７Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７１３３（Ｐ２０１１−１９７１３３）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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