專利名稱：馬達用永久磁鐵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及馬達用永久磁鐵(下面有時也簡單地稱之為磁鐵)，更詳細地說，涉及從磁鐵的作用面上泄漏的磁場少，高效率地利用磁場、并且可以提高馬達的轉矩的馬達用磁鐵。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，作為這種磁鐵，例如，使用如圖14(A)所示，在長度方向的截面上，從非作用面H向作用面L平行取向的扇形磁鐵，以及如圖15(A)所示的從非作用面H1、H2向作用面L、并且向中央區(qū)域聚攏取向的扇形磁鐵。
但是，如圖14(B)、圖15(B)所示，一般地，當將磁鐵21的長度和與之對向的轉子23的長度進行比較時，磁鐵21的長度大，這些磁鐵21的兩個端部區(qū)域的表面磁場脫離轉子23的作用長度，因此不能有效地加以利用，不能使在定子22和轉子23之間的間隙產生的磁場足夠大，從而，存在著轉矩小的問題。
在圖中，24是強磁性體外殼，25是轉子的激磁線圈，26是軸，省略了電刷，軸承，導線等。
本發(fā)明鑒于這種情況，為了消除上述問題，提供通過減少泄漏磁場、加大有效磁場，使轉矩增大的馬達用磁鐵。

發(fā)明內容
本發(fā)明的發(fā)明人，為了解決上述課題，經過深入研究，結果發(fā)現(xiàn)，通過將在長度方向的截面上的磁性粉容易磁化的軸形成特定的取向圖形，并且，使非作用面H1與作用面L1的關系以及作用區(qū)域L2的長度與作用面L1的長度滿足特定的關系，可以解決上述課題，從而完成本發(fā)明。
即，本發(fā)明的技術方案1所述的永久磁鐵，在長度方向的截面上、將表面和背面中的一個面作為作用面L1，在該作用面L1內備有比該作用面L1窄的作用區(qū)域L2，并且，備有與前述作用面L1相接觸的兩個側面的非作用面H1以及與所述兩個側面H1接觸、位于作用面L1相反側的非作用面H2，其特征為，構成該磁鐵的磁性粉粒子容易磁化的軸實質上從非作用面H1、H2向作用區(qū)域L2收攏取向，非作用面H1的長度與作用面L1的長度關系滿足1/10≤H1/L1≤10/10的同時，作用區(qū)域L2的長度與作用面L1的長度關系滿足35/100≤L2/L1≤98/100。
作為優(yōu)選形式的技術方案2為在技術方案1所述的馬達用永久磁鐵中，永久磁鐵由磁場取向用磁性粉和合成樹脂構成。
作為優(yōu)選形式的技術方案3為在技術方案2所述的馬達用永久磁鐵中，合成樹脂是從聚酰胺樹脂，丙稀腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂，聚氯乙稀樹脂，聚苯硫醚(PPS)樹脂，以及氯化聚乙烯樹脂中選擇出來的至少其中一種。
作為優(yōu)選形式的技術方案4為在技術方案1～3中任何一個所述的馬達用永久磁鐵中，磁場取向用磁性粉以釤-鐵-氮為主成分，所述磁性粉的平均粒徑為0.8～8μm，其圓形度系數為78％以上。
其中，圓形度系數的定義如下。
定義式圓形度系數(％)＝4πS/L2×100％S＝粒子的投影面積L＝粒子像的周長作為優(yōu)選的形式的技術方案5為在技術方案1～4中任何一個所述的馬達用永久磁鐵中，永久磁鐵的形狀為圓環(huán)狀，圓筒狀，圓盤狀或者瓦狀。
如上所述，在使本發(fā)明的長度方向截面上的磁性粉的容易磁化的軸形成特定取向圖形的同時，通過非作用面H1與作用面L1，以及作用區(qū)域L2與作用面L1滿足特定的關系，可以有效地增大在磁鐵與強磁性體之間產生的磁場，結果，可以提高馬達的轉矩。


圖1是本發(fā)明的磁鐵的說明圖。
圖2是H1/L1小于1/10時的磁鐵的說明圖。
圖3是H1/L1大于10/10時的磁鐵的說明圖。
圖4是L21/L1小于35/100時的磁鐵的說明圖。
圖5是L21/L1大于95/100時的磁鐵的說明圖。
圖6是表示用于制造本發(fā)明的磁鐵的注塑成形用金屬模的一個例子的簡圖。
圖7是表示用于制造本發(fā)明的磁鐵的注塑成形用金屬模的另外一個例子的簡圖。
圖8(A)，(B)是表示本發(fā)明的磁鐵的相對于長度方向、直角方向的剖面圖及沿其a-a方向的剖面圖，(C)是表示組裝入該磁鐵的馬達的簡圖。
圖9(A)，(B)是表示本發(fā)明的磁鐵的相對于長度方向、直角方向的剖面圖及沿其b-b方向的剖面圖，(C)是表示組裝入該磁鐵的馬達的簡圖。
圖10(A)，(B)是表示本發(fā)明的磁鐵的相對于長度方向、直角方向的剖面圖及沿其c-c方向的剖面圖，(C)是表示組裝入該磁鐵的馬達的簡圖。
圖11(A)是表示本發(fā)明的磁鐵的長度方向的剖面圖，(B)是表示組裝入該磁鐵的馬達的簡圖。
圖12(A)是表示本發(fā)明的磁鐵的長度方向的剖面圖，(B)是表示組裝入該磁鐵的馬達的簡圖。
圖13(A)、(B)是表示本發(fā)明的磁鐵的正視圖及沿其d-d方向的剖面圖，(C)是表示組裝入該磁鐵的馬達的簡圖。
圖14(A)是表示現(xiàn)有技術的磁鐵的長度方向的剖面圖，(B)是表示組裝入該磁鐵的馬達的簡圖。
圖15(A)是表示現(xiàn)有技術的磁鐵的長度方向的剖面圖，(B)是表示組裝入該磁鐵的馬達的簡圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的馬達用永久磁鐵如圖1所示，在長度方向的截面上、將表面和背面中的一個面作為作用面L1，在該作用面L1內備有比該作用面L1窄的作用區(qū)域L2，并且，備有與前述作用面L1相接觸的兩個側面的非作用面H1以及與所述兩個側面H1接觸、位于作用面L1相反側的非作用面H2，其特征為，構成該磁鐵的磁性粉粒子容易磁化的軸實質上從非作用面H1、H2向作用區(qū)域L2收攏取向，非作用面H1的長度與作用面L1的長度關系滿足1/10≤H1/L1≤10/10的同時，作用區(qū)域L2的長度與作用面L1的長度關系滿足35/100≤L2/L1≤98/100。
圖中，1為永久磁鐵，2為轉子或定子，下面，有時也將它們稱之為強磁性體。
此外，在本發(fā)明中，所謂作用區(qū)域L2，是指相對于強磁性體2進行磁作用的區(qū)域，通常相當于強磁性體2的長度。
在本發(fā)明中，當H1/L1小于1/10時，如圖2所示，磁鐵1的長度與強磁性體2的長度相比過大，兩個端部的取向度變小，對于磁鐵的量的比例而言，不能獲得充分的效果，此外，由于磁鐵1的厚度變薄，因表面紊流和急冷引起取向紊亂，不能獲得充分的效果，另一方面，當H1/L2大于10/10時，如圖3所示，由于磁鐵1的厚度過厚，所以取向度降低，向作用區(qū)域L2的聚攏取向度降低，不能獲得充分的效果。
此外，當L2/L1小于35/100時，如圖4所示，強磁性體2擋住的磁場飽和，使用大的磁鐵失去意義。另一方面，當L2/L1大于95/100時，如圖5所示，強磁性體2的長度與磁鐵1的長度相比基本上不變，向作用區(qū)域L2的聚攏取向度有限度，不能期待獲得很好的效果。
本發(fā)明的馬達用磁鐵可以是合成樹脂磁鐵和燒結磁鐵中的一種。作為合成樹脂磁鐵和燒結磁鐵中的磁性粉，可以使用鐵氧體系磁性粉，阿爾尼科合金系磁性粉，以及釤-鈷系磁性粉或釹-鐵-硼系磁性粉，釤-鐵-氮系磁性粉等稀土類磁性粉等現(xiàn)有技術中公知的各向異性磁性粉特別是，以釤-鐵-氮為主成分，其磁性粉的平均粒徑為0.8～8μm，其圓形度系數為78％以上的磁性粉因可獲得容易提高在磁場中成形的取向度，同時，兼具固有矯頑力的磁性特性良好的合成樹脂磁鐵而是適用的。
其中，圓形度系數的定義如下。
定義式圓形度系數(％)＝4πS/L2×100％S＝粒子的投影面積L＝粒子像的周長。
作為用于本發(fā)明的粘結劑的合成樹脂，可以使用現(xiàn)有技術中公知的任何一種粘結劑。作為其代表性的例子，可以使用聚酰胺6，聚酰胺12、聚酰胺66，含有芳香環(huán)的芳香族聚酰胺等聚酰胺系樹脂；聚氯乙稀樹脂，氯乙稀-醋酸乙烯共聚物樹脂，聚甲基丙烯酸甲酯樹脂，聚苯乙烯樹脂，將聚乙烯及聚丙烯等單獨或共聚的聚烯烴系樹脂；聚氨基甲酸乙酯樹脂，有機硅樹脂，聚碳酸酯樹脂，聚丁烯對苯二酸酯(PBT)，聚對苯二甲酸乙酯(PET)等聚酯樹脂，聚醚醚酮(PEEK)樹脂，聚亞苯基硫醚(PPS)樹脂，氯化聚乙烯(CPE)樹脂，氯磺化聚乙烯樹脂(杜邦公司制商品名為“ハイパロン”)，丙稀腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂，液晶樹脂，環(huán)氧系樹脂，酚醛系樹脂等；異戊二烯橡膠，氯丁橡膠，聚苯乙烯丁二烯共聚樹脂，丁二烯橡膠，丙稀腈丁二烯等橡膠；烯烴系乙烯-丙稀-二烯烴-亞甲基(EPDM)，氨基甲酸乙酯系，聚酯系等彈性體等。它們可以單獨使用，也可以根據需要將兩種以上混合使用。它們當中，優(yōu)選地為，聚酰胺樹脂，ABS樹脂，聚氯乙稀樹脂，PPS樹脂，液晶樹脂，彈性體。
在它們當中，聚酰胺樹脂，丙稀腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂，聚氯乙稀樹脂，聚苯硫醚(PPS)樹脂，氯化聚乙烯樹脂是優(yōu)選的。即聚酰胺樹脂、特別是聚酰胺6或聚酰胺12可以兼具高的機械強度和100℃以上的良好的耐熱性能并且廉價，適合于馬達使用。ABS樹脂容易電鍍，適合用于要求電鍍的健康用器具，聚氯乙稀樹脂或氯化聚乙烯樹脂和可塑劑一起使用，適合于卷入式馬達用定子等，PPS由于其耐熱性能及耐化學藥品性能良好并且熱膨脹率小，所以，適用于在使用環(huán)境苛刻的情況下應用。
作為磁性粉和粘結劑的合成樹脂的配合比例，優(yōu)選的范圍為，磁性粉為40～70體積％，合成樹脂為60～30體積％。在磁性粉不足40體積％時，磁性能不足，另一方面，當其超過70體積％時，有成形性惡劣的傾向。
此外，不言而喻，根據不同的目的可以使用現(xiàn)有技術中常用的可塑劑和抗氧化劑，表面處理劑等。
作為成形方法，在合成樹脂磁鐵的情況下，可以使用注塑成形，壓縮成形，擠壓成形等已知的方法，在燒結磁鐵的情況下，作為毛坯的制成方法，可以使用已知的濕式成形，干式成形。
圖6是表示注塑成形用金屬模的一個例子的簡圖，11是模腔，12是澆口，13上突出銷。此外，斜線部為軛架(強磁性體)，畫點的部分為非磁性體。
圖7是表示控制在長度方向的截面上磁性粉的容易磁化的軸在側面聚攏取向用的金屬模的磁路。11是模腔，12是澆口，13為突出銷。此外，斜線部為軛架(強磁性體)，畫點的部分為非磁性體。
在利用上述注塑成形金屬模制造本發(fā)明的馬達用磁鐵時，將以磁性粉和合成樹脂為主成分的樹脂磁鐵組成物經由澆口12填充到模腔11內，如箭頭所示，沿著磁力線磁性粉的容易磁化的軸從外側的非作用面均勻或聚攏地在內側的作用面上取向。此外，為了加熱澆口12，可以在它們的附近配置加熱器等。在這種情況下，一般地，金屬模主體設置絕熱層，采取相應的措施不把模腔加熱到所需溫度以上。
此外，壓縮成形機和加壓成形機可以使用公知的設備、可以裝入和注塑成形用金屬模同樣的磁路。在燒結磁鐵的情況下，可以使用濕式成形、干式成形作為毛坯的制造方法。
本發(fā)明的馬達用磁鐵的形狀最好為圓筒狀，圓盤狀，瓦狀。
下面，對本發(fā)明的馬達用磁鐵的優(yōu)選實施形式以及將其作為定子或轉子使用時的實施形式進行說明。
圖8(A)為瓦狀磁鐵1的正視圖，(B)為(A)的a-a向剖面圖，(C)為用該磁鐵1作為動定子2使用時的馬達的簡略剖面圖。圖中，3為轉子，4為強磁性體外殼，5為轉子的激磁線圈，6為軸。
圖9(A)為大致是圓筒狀的磁鐵1的正視圖，(B)為(A)的b-b向剖面圖，(C)為利用該磁鐵1作為定子2使用的馬達的簡略剖面圖。
圖10(A)為圓環(huán)狀的磁鐵1的正視圖，(B)為(A)的c-c向剖面圖，(C)為利用該磁鐵1作為定子2的馬達的簡略剖面圖。
圖11(A)為圓筒狀的磁鐵1的剖面圖，(B)為使用該磁鐵1作為內轉子7使用的馬達的簡略剖面圖。圖中，8為定子激磁線圈。
圖12(A)為圓筒狀磁鐵1的剖面圖，(B)為使用該磁鐵1作為外轉子9使用的馬達的簡略剖面圖。圖中，10為定子激磁線圈。
圖13(A)為圓盤(環(huán))狀磁鐵1的正視圖，(B)為(A)的d-d向剖面圖，(C)為使用該磁鐵1作為轉子3的馬達的簡略剖面圖。圖中，10a為無芯線圈。
實施例下面，基于實施例和比較例對本發(fā)明進行更詳細的說明，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
此外，合成樹脂磁鐵及燒結磁鐵的配比及成形條件如下。
(合成樹脂磁鐵的配比)磁粉(鐵氧體磁粉氧化鉛鐵淦氧磁體系鍶系鐵氧體平均粒徑1.5μm) 68體積％
合成樹脂(聚酰胺12) 31體積％表面處理劑(TTS異丙基三異硬脂酰鈦酸酯)1體積％(合成樹脂的成形條件)注塑缸溫度280℃金屬模溫度100℃注塑壓力1500kg/cm2勵磁時間20秒冷卻時間25秒注塑周期40秒(燒結磁鐵的配比)磁粉(鐵氧體磁粉氧化鉛鐵淦氧磁體系鍶系鐵氧體平均粒徑1.5μm)50體積％水 50體積％(燒結磁鐵的成型條件)脫水方法腔室方式激磁方法縱向磁場成形成形溫度25℃燒結溫度1250℃實施例1、比較例1～2利用上述配比和成形條件，制造圓環(huán)狀的馬達用磁鐵，用該磁鐵作為定子，組裝如圖10或圖8所示的馬達(定子和轉子的間隙＝0.2mm)，評價其性能。結果示于表1。如從表1可以看出的，實施例1是比較例1的間隙磁場的1.1倍，此外，由于比較例2的L2/L1小，所以間隙磁場為比較例1的0.9倍。
此外，對于比較例1～2，在圖10(B)中，如圖14所示，使用從非作用面向作用面平行取向的圓環(huán)狀磁鐵。
表1

*在圖10(B)中，如圖14所示，從非作用面向作用面平行取向。
實施例2～3除如表2所示的變更之外，進行和實施例1相同的操作。結果示于表2。為了進行比較，將實施例1的結果也一起列于表2中。如從表2可以看出的，實施例2～3增大到前述比較例1的間隙磁場的1.06倍、1.15倍。
表2

實施例4～6、比較例3除如表3所示的變更之外，進行和實施例1相同的操作。結果示于表3。如從表3可以看出的，在實施例4～6中，增大到比較例3的間隙磁場的1.07倍，1.04倍，1.10倍。
此外，對于比較例3，在圖8(B)中，如圖14所示，使用從非作用面向作用面平行取向的瓦狀磁鐵。
表3

*在圖8中，如圖14所示，從非作用面向作用面平行取向。
實施例7～9、比較例4除如表4所示的變更之外，進行和實施例1相同的操作。結果示于表4。如從表4可以看出的，實施例7～9為比較例4的間隙磁場的1.1倍、1.05倍、1.04倍，此外，從實施例8、9的對比可以看出，SmFeN系磁性粉的平均粒徑為0.8～8μm的實施例8比在此范圍之外的實施例9的間隙磁場大，進而，圓形度系數為78％以上的實施例7比在此范圍之外的實施例8的間隙磁場大。
此外，對于比較例4，在圖10(B)中，如圖14所示，使用從非作用面向作用面平行取向的圓環(huán)狀磁鐵。
表4

*在圖10(B)中，如圖14所示，從非作用面向作用面平行取向。
權利要求
1.一種馬達用永久磁鐵，在長度方向的截面上、將表面和背面中的一個面作為作用面L1，在該作用面L1內備有比該作用面L1窄的作用區(qū)域L2，并且，備有與前述作用面L1相接觸的兩個側面的非作用面H1以及與所述兩個側面H1接觸、位于作用面L1相反側的非作用面H2，其特征為，構成該磁鐵的磁性粉粒子容易磁化的軸實質上從非作用面H1、H2向作用區(qū)域L2收攏取向，非作用面H1的長度與作用面L1的長度關系滿足1/10≤H1/L1≤10/10的同時，作用區(qū)域L2的長度與作用面L1的長度關系滿足35/100≤L2/L1≤98/100。
2.如權利要求1所述的馬達用永久磁鐵，所述永久磁鐵由磁場取向用磁性粉和合成樹脂構成。
3.如權利要求2所述的馬達用永久磁鐵，所述合成樹脂是從聚酰胺樹脂，丙稀腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂，聚氯乙稀樹脂，聚苯硫醚(PPS)樹脂，以及氯化聚乙烯樹脂中選擇出來的至少其中一種。
4.如在權利要求1～3中任何一個所述的馬達用永久磁鐵，磁場取向用磁性粉以釤-鐵-氮為主成分，所述磁性粉的平均粒徑為0.8～8μm，其圓形度系數為78％以上，其中，圓形度系數的定義如下，定義式圓形度系數(％)＝4πS/L2×100％S＝粒子的投影面積L＝粒子像的周長。
5.如權利要求1～4中任何一個所述的馬達用永久磁鐵所述，永久磁鐵的形狀為圓環(huán)狀，圓筒狀，圓盤狀或者瓦狀。
全文摘要
提供一種有效地利用磁場、提高馬達轉矩的永久磁鐵。在長度方向的截面上、將表面和背面中的一個面作為作用面L1，在該作用面L1內備有比該作用面L1窄的作用區(qū)域L2，并且，備有與前述作用面L1相接觸的兩個側面的非作用面H1以及與所述兩個側面H1接觸、位于作用面L1相反側的非作用面H2，這種永久磁鐵的特征為，構成該磁鐵的磁性粉粒子容易磁化的軸實質上從非作用面H1、H2向作用區(qū)域L2收攏取向，非作用面H1的長度與作用面L1的長度關系滿足1/10≤H1/L1≤10/10的同時，作用區(qū)域L2的長度與作用面L1的長度關系滿足35/100≤L2/L1≤98/100。
文檔編號H02K1/12GK1452292SQ0310185
公開日2003年10月29日 申請日期2003年1月20日 優(yōu)先權日2002年4月19日
發(fā)明者中塚哲, 田中逸郎 申請人:戶田工業(yè)株式會社