专利名称：环形磁铁成型体的制造装置及环形烧结磁铁的制造方法
技术领域：
本发明涉及用于小型马达等上的径向定向的环形烧结磁铁制造装置及制造方法。
背景技术：
使用永久磁铁的小型马达中大多使用径向异向性环形磁铁。在用径向异向性环形磁铁的情况下，因磁化波形呈矩形波，存在的问题是马达的顿转扭矩(cogging torque)大。
以往，为了降低顿转扭矩，一般使用的方法是在环形磁铁上实施扭斜磁化，减小磁化波形的形变，但在如伺服马达等那样要求更低的顿转扭矩的情况下，则不能获得充分的效果。
为此，以往的方法如专利文献1或专利文献2所示那样，在环形磁铁的外周形成凹凸，且将该凹凸部轴向扭斜。使用这种方法的话，能降低旋转方向磁化分布的形变，同时，通过扭斜能进一步降低顿转扭矩。
另外，例如，如专利文献3所示那样，对在径向具有异向性的永久磁铁，使用在内周和外周中的任一方或双方设置两处以上凹部或凸部的金属模，采用注模成形法制造。
专利文献1特开平09-35933号公报(图3、第0028～0029、0037段)专利文献2特开2001-211581号公报(权利要求1、图1)专利文献3特开昭60-124812号公报(权利要求1)在上述专利文献中所示的环形磁铁，是以热硬化性树脂或热可塑性树脂为结合剂成形磁性粉末而形成的，称为粘结(ボンド，bond)磁铁。这种粘结磁铁磁力弱，不能用于小型但输出大的马达。例如，在使用稀土类粘结磁铁的情况下，最大能量积为10～25MGOe左右，与烧结磁铁的40MGOe相比磁力弱，不能用于要求强大磁力的伺服马达等。
并且，如专利文献1所示那样，必需要采用特殊挤压成型机成形制造。若采用这种方法，在成型时附加磁场并由于因磁铁的异方向化而不能适用提高磁力的手法，存在原本磁力弱的树脂磁铁的磁力会更低的问题。
此外，在如上所述的树脂磁铁的挤压成型机中，限定为使磁极沿轴向倾斜旋转形成的形状。但是，在马达用环形磁铁中，由于在轴向上磁铁本身磁性未必一样、作为从环形磁铁向定子的磁通流动的容易度的磁导在轴向上不同、定子饱合状态在轴向也不同，更加需要在轴向上改变磁铁的形状。
本发明是为了要解决上述问题而提出的一种用于制造具有强磁力稀土类等的环形烧结磁铁的装置，能使环形磁铁形状在轴向上变化，能降低旋转方向的磁化分布形变，同时能降低顿转扭矩。
例如，通过在环形磁铁圆周方向设置凹凸部，并使该凹凸部在轴向扭斜，目的在于在降低旋转方向磁化分布形变的基础上，进一步降低顿转扭矩。
发明内容
本发明的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，具有带弹性的环状模、配置于模内周侧并在与该模之间形成能供给磁性粉末的模穴的芯、从轴向对供给到模穴内的磁性粉末以及模加压的加压部；还具有与模的内周面的轴垂直的截面形状根据轴向的位置而变化的部分。
并且，本发明的环形烧结磁铁的制造方法，其特征在于，使用环形磁铁成型体的制造装置，该制造装置具有带弹性的环状磁性模、配置于模内周侧并在与该模之间形成能供给磁性粉末的模穴的芯、从轴向对供给模穴内的磁性粉末以及模加压的加压部，以及与模的内周面的轴垂直的截面形状根据轴向的位置而变化的部分；该制造方法包括以下工序向模穴内供给充填磁性粉末的工序；对该磁性粉末附加径向定向磁场的工序；由加压部从轴向对模穴内的磁性粉末加压形成环形磁铁成型体的工序；烧结环形磁铁成型体的工序。
另外，本发明的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，具有多个由拱状部件构成的环状模、配置于模内周侧并在与该模之间形成能供给磁性粉末的模穴的芯、从轴向对供给到模穴内的磁性粉末加压的加压部，以及与模的内周面的轴垂直的截面形状根据轴向的位置而变化的部分。
此外，本发明的环形烧结磁铁的制造方法，其特征在于，使用环形磁铁成型体的制造装置，该制造装置具有多个由拱状部件构成的环状磁性模、配置于模内周侧并在与该模之间形成能供给磁性粉末的模穴的芯、从轴向对供给到模穴内的磁性粉末加压的加压部，以及与模的内周面的轴垂直的截面形状根据轴向的位置而变化的部分；该制造方法包括以下工序向模穴内供给充填磁性粉的工序；对该磁性粉末附加径向定向磁场的工序；由加压部从轴向对模穴内的磁性粉末加压形成环形磁铁成型体的工序；烧结环形磁铁成型体的工序。
发明效果以往，在使用整体模成形中，例如在成形外径部具有凹凸形状且其在轴向扭斜的环形磁铁成型体的情况下，虽能在金属模内压缩形成成型体，但不能从模中拔出成型体。由于在成型体内部因压缩成型产生压缩应力，从模中拔出成型体时成型体外周部与模壁面间会产生大的摩擦力，必须要用比该力更大的力才能拔出成型体。可是，当模内面形成有扭斜的凹凸形状时，用大于摩擦力的力不能使产生压缩应力的成型体旋转着从模中拔出。如果硬要从模中拔出成型体，由于凹凸形状扭斜，成型体会破损。
与此相比，根据本发明，通过使用具有弹性的模进行成型，压缩成型后一旦释放加压部的加压力，模穴容积向变小方向(模内面中心轴向)变形的模膨胀(复原)，因在与环形磁铁成型体之间产生间隙，所以不会损伤环形磁铁成型体，易于从中心拔出成型体。并且，这时因环形磁铁成型内压力(内部应力)均一释放，在环形磁铁成型体上不会发生裂缝等不良现象。
根据本发明，通过使用多个拱状部件构成的环状模进行成型，压缩成型后在径向被分开的模的拱状部件，例如能向超过凹凸形状的凹和凸之间的尺寸差的行程外侧移动，由此模的凹凸形状和环形磁铁成型体的凹凸形状间产生间隙，易于无损伤地从金属模中拔出环形磁铁成型体。这时，因环形磁铁成型体内的压力(内部应力)均一释放，所以不会在环形磁铁成型体上产生裂缝等不良现象。
如上所述，通过对本发明中成型的环形磁铁成型体进行烧结、热处理，获得环形烧结体。根据需要，通过对环形烧结体实施后加工、表面处理，例如能获得外周部有凹凸形状且该凹凸形状在轴向扭斜的环形烧结磁铁。
另外，使用在环形外周部形成了扭斜的凹凸形状的环形烧结磁铁，与用以往的外径为圆形的环形磁铁相比，能制造顿转扭矩更小的马达。并且能降低粘合磁铁中所不能得到的高扭矩马达的顿转扭矩。
图1是表示由本发明实施方式1制造的环形烧结磁铁的立体图。
图2是表示图1中的环形烧结磁铁的表面磁通密度分布的图。
图3是表示本发明实施方式1中的环形磁铁成型体的成型过程的图。
图4是表示以往的环形磁铁成型体的一般成型过程的图。
图5是表示径向定向磁场的模式图。
图6是表示由本发明的实施方式1形成的环形磁铁成型体的立体图。
图7是表示在本发明实施方式1的环形磁铁成型装置中使用的模的立体图。
图8是表示在本发明实施方式2中构成环形磁铁成型装置的模的立体图。
图9是表示本发明实施方式2中环形磁铁成型体成型过程的模式图。
图10是表示本发明实施方式2中环形磁铁成型体成型过程的模式图。
图11是表示本发明实施方式2中环形磁铁成型体成型过程的模式图。
图12是表示本发明实施方式2中环形磁铁成型体成型过程的模式图。
图13是表示本发明实施方式2中环形磁铁成型体成型过程的模式图。
图14是表示由本发明实施方式2制造的环形烧结磁铁的立体图。
图15是表示由本发明实施方式2形成的环形磁铁成型体的立体图。
图16是表示把本发明实施方式2中的环形烧结磁铁安装在轴上的转子的立体图。
图17是表示由本发明实施方式3制造的环形烧结磁铁的立体图。
图18是表示由本发明实施方式3制造的环形烧结磁铁的其他形状的立体图。
图19是表示由本发明实施方式4制造的环形烧结磁铁的立体图。
图20是表示由本发明实施方式4制造的环形烧结磁铁的其他形状的立体图。
图21是表示用于本发明实施方式4的模的立体图。
图22是表示由本发明实施方式5制造的环形烧结磁铁的立体图。
图23是表示由本发明实施方式5制造的环形烧结磁铁的其他实施例的立体图。
图24是表示图23的环形烧结磁铁的截面形状的图。
图25是表示由本发明实施方式6制造的环形烧结磁铁的立体图。
图26是表示由本发明实施方式6制造的环形烧结磁铁的其他实施例的立体图。
图27是表示由本发明实施方式7制造的环形烧结磁铁的立体图。
图28是表示由本发明实施方式8制造的环形烧结磁铁的立体图。
图29是表示由本发明实施方式5制造的环形烧结磁铁的其他实施例的立体图。
具体实施例方式
下面根据
实施本发明的最佳方式。
实施方式1图1是表示由本发明实施方式1制造的环形烧结磁铁的立体图。采用本实施方式制造的环形烧结磁铁10，其外周部形成具有凹部10a和凸部10b的凹凸形状，该凹凸形状相对轴向扭斜一定角度。环形烧结磁铁10的外径(凸部10b的外径)为34mm，壁厚为3mm，凹部10a的直径为32mm，环内径为28mm，轴长为38mm，扭斜角度为20度，八个凹凸周期地以45度间距配置。环形烧结磁铁10的磁极也有八个，沿上述凹凸形状周期性配置。该磁极的边界位于凹部10a。并且，图1所示的环形烧结磁铁10是将图6所示的三个环形磁铁成型体30在轴向上层积烧结成一体形成的。
图2是把图1中环形烧结磁铁10的内径部连接到轴上后，使外周部的凸部10b的棱线和磁化的磁极一致，且在八个极上径向扭斜磁化的结构中，用霍尔元件测定环外周表面磁通密度的结果。为了比较起见，也并列记载了以往的环形磁铁(圆形)的测定结果。从图明显可见，与以往的环形磁铁相比，本实施方式的环形烧结磁铁磁化波形形变特别小。
使用本实施方式的环形烧结磁铁制造马达的结果与使用以往的环形磁铁制作的马达相比，顿转扭矩能降低1/3。
下面，对用于制造图1环形烧结磁铁的成型装置(成型金属模)和成型方法进行说明。
首先，作为烧结磁铁材料如如使用Nd2Fe14B类的磁性材料合金。把磁性材料合金粗粉碎处理、氢脆化处理后，用喷射式磨机微粉碎成平均粒径为5μm的微粒子。使用这种磁性粉末通过采用下述方法，径向定向形成环形磁铁成型体。
首先，图4表示以往径向环形磁铁一般的成型过程。图5表示径向定向磁场的模式图。
以往的环形磁铁成型体的制造装置如图4所示，具有强磁性体的模41和配置在模41内周侧的芯42，以及非磁性体的上冲头43和下冲头44。并且如图5所示，径向定向磁场具有上下一对电磁线圈45a及45b，且由上侧电磁线圈45a产生向下的磁力线，由下侧电磁线圈45b产生向上的磁力线，其通过芯42导入模穴46。并且，构成为使流向模穴46的径向磁力线通过模41回流。所以，模穴46中处于产生径向定向磁场状态，由上冲头43或下冲头44从轴向压缩模穴46内的磁性粉末47，就能获得环形磁铁成型体48。
根据图4(1)～(6)说明以往的环形磁铁成型体的成型过程。
(1)由模41、芯42、下冲头44形成模穴46。
(2)由未图示的供粉器对模穴46内充填磁性粉末47。
(3)上冲头43和上芯43b下降，在闭合模穴46的状态下产生径向定向磁场。这时，芯42和上芯43b接触构成磁场回路。
(4)通过上冲头43下降，模穴46内的磁性粉末47在轴向受压缩形成环形磁铁成型体48。
(5)除去上冲头43的加压力后，使模41下降，把环形磁铁成型体48从模41中拔出。
(6)上冲头43上升后，从成型装置中取出环形磁铁成型体48。
如上所述，在以往方法中，虽然能成形轴向的截面形状为一定的环形磁铁成型体，但在轴向上截面形状变化的情况下，例如如图6所示，环形截面在轴向上旋转(扭斜)的情况下，不能用以往的成型装置和成型方法成型。
这是因为，在图4中，环形磁铁成型体48压缩成型时承受上冲头43的加压，即使除去上冲头43的加压力后，模41内环形磁铁成型体48存在期间，环形磁铁成型体48内部残留压缩应力，会向外径方向膨胀。所以，把环形磁铁成型体48在轴向拔出时，与模41内面间就会产生摩擦力。在环形磁铁成型体48的轴向截面形状相同的情况下，如果单纯地从轴向推压环形磁铁成型体48，可以从模41中拔出环形磁铁成型体48(在图4中，固定下冲头44，拉下模41)；但在截面形状不一定的情况下，仅仅从轴向按压，则不能从模41中拔出环形磁铁成型体48。
对于图6所示的环形磁铁成型体30情况，因扭斜角度一定，如果使环形磁铁成型体30按一定转数边旋转边拔出的话，虽从几何学角度来看能从模中拔出，但实际上，环形磁铁成型体30上没有耐受模来自内周面的力的强度，如果采用这种脱模方法，不免会损伤环形磁铁成型体30。
图7表示本发明实施方式1的环形磁铁成型体制造装置中使用的模。并且，图3表示由使用该模的本实施方式1而成型环形磁铁的过程。
本实施方式的环形磁铁成型体制造装置，具有由弹性部件构成的环状的模31、在模31内周侧配置的强磁性体芯32、在模31外周部配置的强磁性体的环状部件33和底座34，该底座34用于设置模31、芯32、环状部件33。并且，向由模31内周面、芯32外周面围绕的模穴35内供给磁性粉末47。
另外，如图7所示，在模31的内周面周期地(按45度间距)形成具有八个凹部31a和凸部31b的凹凸形状。该凹凸形状在轴向上旋转倾斜地形成(扭斜)，扭斜角度为6.87度(模内周面轴长为16.2mm、凹部内径(最大径部)为44mm、凸部内径(最小内径)为42mm，中心径为33mm)。凹凸差为1mm。
图3所示冲头36的作用是作为给模穴35内充填的磁性粉末47及模31加压的加压部。模31是由硅橡胶(凝胶)形成的，为了在施加径向定向磁场时能够使用，例如含有40～70体积％的铁粉。铁粉均匀分散在模31内部。
接着，根据图3对实施方式1中的环形磁铁成型过程进行说明。
(1)由模31和芯32形成模穴35。
(2)在模穴35中充填磁性粉末47。这时，在模穴35内充填磁性粉末47，使其容积密度为2.5。
(3)随后，给模穴35内的磁性粉末47施加径向定向磁场。定向磁场的强度变为3T或3T以上。
(4)随后，由非磁性冲头36从轴向一起对模穴35内的磁性粉末47和模31加压。具有弹性的模31由于刚性环状部件33约束外周部，向中心方向膨胀变形。从而模穴35内的磁性粉末47通过从轴向和外径方向的加压压缩成型。通过该压缩，环形磁铁成型体30的尺寸为外径42.24mm、内径33mm、高15.55mm。
(5)随后，使冲头36上升。这样，由轴向加压而在中心轴向变形的模31恢复到初始形状，在环形磁铁成型体30的外周部和模31内周部处会产生间隙。因相对环形磁铁成型体30的最外径(凸部的外径)为42.24mm，而无加压时模31的最内径(凸部的内径)为42mm，所以能产生最小约0.1mm的间隙。
(6)随后，把环形磁铁成型体30从芯31拔出，成型完毕。
把这样获得的环形磁铁成型体30以使端面形状一致的方式轴向三个重叠，在1080℃烧结后，以600℃实施热处理获得环形磁铁烧结体。将环形磁铁烧结体的上下端面、内周磨削加工后，获得图1所示的环形烧结磁铁10。加工后根据情况，实施用于防腐的表面处理。
通过使该环形烧结磁铁10的外周凸形棱线与极位置相一致，径向磁化组装到电动机上，就能获得上述顿转扭矩小的高输出马达。
所谓扭斜角度是指环形磁铁成型体、环形磁铁烧结体或环形烧结磁铁的凹凸形状被扭转的角度，是连接环中心与某一轴向位置的截面的凸部顶点的线与连接环中心与另一轴向位置的截面的凸部顶点的线所成的角度，指相对环形磁铁成型体、环形磁铁烧结体或环形烧结磁铁全长的扭转角度。
模31的凹凸形状的扭斜角度为6.87度，轴长为16.2mm(扭斜角比率0.424度/mm)，但压缩成型后，扭斜角为6.87度，轴长为15.55mm(扭斜角比率0.44度/mm)。由于烧结使轴向高度收缩约16％，变成13.06mm(扭斜角未变)，所以扭斜角比率变为0.526度/mm，能形成与作为最终制品的环形烧结磁铁的扭斜角比率0.526度/mm基本相等的扭斜角比率(螺纹)。环形磁铁成型体三个重叠烧结后，能获得轴长为39.18mm、扭斜角为20.61度的环形烧结体。在其上下端面上实施精加工，当轴长变为38mm时扭斜角为20度。
把这样获得的环形烧结磁铁10粘接在轴1100上后，以轴中心为基准磨削加工环形烧结磁铁10外径部的一部分，获得图16所示的转子1000。环形烧结磁铁的最外径部形状呈现为以轴中心为中心的圆的一部分即圆弧形状。
由于该转子的外径以轴的中心为基准进行精加工，所以环形烧结磁铁的最外周部(加工了的部分)形状误差在图1环形烧结磁铁10的1/2以下，正圆度、圆柱度都很高。另外，因和轴中心的同轴度误差也在1/2以下，所以也能够将与定子间的空气间隙缩小到图1时的1/2以下。因此，能增大扭矩，能制造高输出、高效率的马达。
实施方式2图8是本发明实施方式2的环形磁铁成型体制造装置中使用的模的立体图。如图8(a)、(b)所示，本实施方式的模80由四个拱形部件81、82、83、84组合构成。在拱形部件81～84成组合状态的模80的内周面(模穴外周部)周期地(按45度间距)形成由八个凹部80a及凸部80b构成的凹凸形状。该凹凸形状在轴向旋转并倾斜形成(扭斜)，扭斜角度为6.9度，轴长为26mm，凹部内径(最大径部)为43mm，凸部内径(最小内径)为41mm，芯径为33mm，凹凸差为1mm。模内径的最外周部(直径最大部分凹部顶点部)由以环中心轴为中心的圆的一部分(圆弧形状)85构成。
使用上述模80能形成图15所述的环形磁铁成型体100。环形磁铁成型体100其外周部形成具有凹部101和凸部102的凹凸形状，该凹凸形状相对轴向以一定角度扭斜。并且，环形磁铁成型体100的最外周面(八个凸形状顶点部)由以环中心轴为中心的圆弧形状103构成。
下面，对本发明实施方式2中环形磁铁成型体的成型过程进行说明。图9～图13是实施方式2中环形磁铁成型体成型过程的模式图，为使附图更清楚，省略了对一个拱状部件82的记载，使时上述装置内部状况的记载更明确。
如图8(a)、(b)所示，模80由环状的强磁性体部件在周向四分割的四个拱形部件(81、82、83、84)构成。各拱形部件的内周面连接着最小厚度为1mm的非磁性部件86。非磁性部件86的内周面形成上述的凹凸形状。
如图9所示，模拱形部件81、82、83、84的外周部分别连接着由液压缸驱动的直动机构81A、82A、83A、84A，构成在径向能移动的结构。并且在下冲头91和上冲头92的外径部上，沿模的内径部形成凹凸形状。该凹凸形状的间隙设定为0.01～0.04mm。虽未图示，但上冲头92为了能给模穴内的磁性粉末加压，构成得可以用马达和圆头螺钉使基轴向移动，且能利用伺服马达，与轴向行程同步，只旋转模80的凹凸形状扭斜角度的部分。在本实施方式中，控制成在轴向行程为26mm其间，上冲头92顺时针旋转9.6度。并且，上冲头92的下端面移动到与模80的上端面一致的位置时，设定上冲头角度的基准，使模上端面的截面形状和上冲头下端面的截面形状一致。
在制造磁性粉末的过程中，与实施方式1相同。下面对该发明实施方式2的成型过程进行说明。首先，四个拱形部件81、82、83、84分别由直动机构81A、82A、83A、84A压向轴中心方向，形成环状的模80。由该模80和强磁性体的下芯93、非磁性体的下冲头91形成模穴。其次，由供粉器对模穴充填磁性粉末100a，呈现图9的状态。
下面，如图10所示，非磁性体的上冲头92和强磁性体的上芯94下降，在闭合模穴状态下产生径向定向磁场。这时，上芯93和下芯94接触，形成磁场回路。
随后如图11所示，上冲头92按与上述扭斜角度相同的比率边旋转边下降，使磁性粉末100a压缩，形成环形磁铁成型体100。另外，这时也可以同时使下冲头91边旋转边上升。从上下两方向加压的话，磁铁成型体内密度均匀，能提高磁铁烧结体形状精度。
随后如图12所示，使上冲头92和上芯94上升后(上冲头92边旋转边上升)，由液压缸驱动的直动机构使构成模80的拱形部件81、82、83、84移动到环形外径方向。移动的距离大于模内表面的凹部80a和凸部80b之差。把模80即拱形部件81、82、83、84从环形磁铁成型体100的外周面分离，使环形磁铁成型体100内的压缩应力均匀释放，不会产生因脱模造成的成型体破损。
随后如图13所示，从下芯93中拔出环形磁铁成型体100，获得图15所示形状的环形磁铁成型体100。在把构成模80的拱形部件81、82、83、84向外径方向移动时，使环形磁铁成型体100的压缩应力释放，因反弹使环形状变大，所以在下芯93和环形磁铁成型体100间产生间隙。而且，因模80移动到外径侧，环形磁铁成型体100的最外周部(凸部顶点)和模80的最内周部(凸部顶点)之间也产生间隙，因而容易从下芯93中拔出环形磁铁成型体100。
把这样获得的环形磁铁成型体100以端面形状一致的方式三个层积在一起，在1080℃烧结后，以600℃实施热处理，获得环形磁铁烧结体。模削加工环形磁铁烧结体的上下端面、内径，外径部只磨削加工圆弧形状部143，获得图14所示环形烧结磁铁140。加工后可以根据情况实施用于防腐的表面处理。
这样，环形烧结磁铁140的最外周面(八个凸形顶点部)形成以环中心轴为中心的圆弧形状部143。该圆弧部分通过烧结后的磨削加工实施精加工，所以形状精度良好。本实施方式中环形烧结磁铁的效果与实施方式1的相同。而且，因外径尺寸精度和几何学精度(与轴中心的同轴度、正圆度、圆柱度)良好，所以与定子间的空气间隙会更小。因此能提高马达的扭矩。
并且，使该环形烧结磁铁140的外周的凸形棱线(在轴向连接圆弧形状中心点的连线)与极位置吻合，进行径向磁化，组装到马达上，由此就能获得上述顿转扭矩小的高输出马达。
另外，通过实施方式2的制造装置和制造方法也能制造实施方式1中所示的图1的环形烧结磁铁。不过在制造图1环形烧结磁铁的情况下，在外径部上没有实施精加工。
实施方式3图17是表示用本发明实施方式3制造的环形烧结磁铁的立体图。图17中的环形烧结磁铁170在环形外周上具有周期性的凹凸形状，同时在环形凸部处形成与环内径的中心(环轴中心)同轴的圆弧形状部172。并且，越接近环形烧结磁铁170的轴向两端，凹部171的宽度变窄且深度变浅；越在轴向中央，凹部171的宽度变宽且深度变深。并且磁极(图17的环形烧结磁铁中为八个磁极)的边界设置在凹部171。
为了制造图17的环形烧结磁铁170，在形成环形烧结磁铁成型体时使用实施方式1或实施方式2中所说明的模。并且，该模的内周面形成有周期性的凹凸形状，凹部形成有与模内径中心(轴中心)同轴的圆弧形状部。越在模内周面的轴向两端，凸部宽度变窄且高度变低；越在轴向中央，凸部宽度变宽且高度变高。另外，环形磁铁成型体的成型过程以及环形烧结磁铁的制造过程与上述实施方式1或实施方式2相同。
本实施方式制造的环形烧结磁铁170中凹部171的形状是椭圆的一部分，随着从磁铁的轴向位置中央到两端，椭圆的长径、短径按比例变小。并且，在圆周方向(旋转方向)，凹部171占有的比例从80％变为20％，深度从占磁铁厚度的80％变化到20％。对应于起磁力分布中的正弦波基波的五次高频波、七次高频波，分别能降低到矩形波(无凹凸的环形磁铁)情况的45％、60％以下。因此，能降低相当于顿转扭矩产生原因即磁力分布的形变的高频波，从而能降低顿转扭矩。
并且，在图17的环形烧结磁铁170的情况下，不是圆弧形状部172的区域的外周凹部变成深槽。所以，即使凹部形状精度差、深度有偏差，因起磁力的轴向分布的乘积量能在精度上很好地接近正弦波，所以也能获得大大降低顿转扭矩的效果。
在图17的环形烧结磁铁170中，表示相对轴向中央在两端部方向对称地设置凹部171的实施例。在这种情况下，环形磁铁的重心平衡好，具有降低噪音或振动的效果。
但是，在轴向中央不对称，例如即使凹部171的宽度在轴向一端部宽而在另一端部窄等形状，也能获得相应降低顿转扭矩同样的效果。
图18是表示由本发明实施方式3制造的环形烧结磁铁的其他形状立体图。图18的环形烧结磁铁180，越接近轴向两端凹部181的宽度变宽且深度变深；越在轴向中央，凹部181的宽度变窄且深度变浅。即凹部181的形状是椭圆的一部分，从轴向位置的中央部至两端，椭圆的长径、短径按比例变长。即使采用图18中的环形烧结磁铁形状，也能获得与上述同样的效果。
为了制造图18的环形烧结磁铁180，在形成环形磁铁成型体时使用实施方式1或实施方式2所说明的模。并且，在该模的内周面上周期地形成凹凸形状，在凹部中形成与模内径中心(轴中心)同轴的圆弧状部。另外，越在模内周面的轴向两端，凸部宽度变宽且高度变高；越在轴向中央，凸部宽度变窄且高度变低。
实施方式4图19是表示由本发明实施方式4制造的环形烧结磁铁的立体图。图19的环形烧结磁铁190在环外周上周期地具有凹凸形状，同时在环凸部形成有与环轴中心同轴的圆弧形状部192。与实施方式3(图17)相同，垂直于轴的截面因轴的位置而异。轴垂直方向的截面的凹凸形状与图17的相同，但该凹凸形状相对轴向旋转且倾斜地构成。并且，磁极的边界沿凹部191斜向扭斜磁化。
为了制造图19中的环形烧结磁铁190，形成环形磁铁成型体时使用实施方式1或实施方式2所说的模。并且，在该模的内周面上周期性地形成凹凸形状，在凹部中形成与模内径中心(轴中心)同轴的圆弧形状部。另外，越在模内周面轴向两端，凸部宽度变窄且高度变低；越在轴向中央，凸部宽度变宽且高度变高。并且，该凹凸形状相对于轴向旋转且倾斜构成。另外，环形磁铁成型体的成型过程以及环形烧结磁铁的制造过程与上述实施方式1或实施方式2相同。
根据图19的环形烧结磁铁190，减小起磁力分布的形变的同时，通过扭斜磁极效果，可减小在该磁铁用于马达时的顿转扭矩、扭矩波动、扭矩不均。扭斜旋转角在本实施方式磁铁情况下15°或18°时可获得效果，与通常的环形磁铁相比，能把顿转扭矩降低到1/3以下。
图20表示由本发明实施方式4制造的环形烧结磁铁的另一种形状的实施例。图20的环形烧结磁铁200在环外周上周期性地具有凹凸形状，同时在环凸部形成有与环轴中心同轴的圆弧形状部202。并且，与实施方式3(图18)相同，垂直于轴的截面因轴的位置而异。轴垂直方向的截面的凹凸形状与图18的同样，但该凹凸形状相对于轴向旋转且倾斜地构成。并且磁极的边界沿凹部201且斜向扭斜磁化。即使这种形状也能获得与上述同样的效果。
为了制造图20的环形烧结磁铁200，在形成环形磁铁成型体时使用实施方式1或实施方式2说明的模。图21是表示在本实施方式使用的模的立体图。图21所示的模210是实施方式1所说明的硅橡胶制的具有弹性的模。在模210的内周面上形成有周期性的凹凸形状，在凹部上形成有与模内径中心(轴中心)同轴的圆弧形状部211。并且，越在模内周面的轴向两端，凸部212宽度变宽且高度变高；越在轴向中央，凸部212宽度变窄且高度变低。并且，其凹凸形状相对于轴向按规定角度旋转且倾斜地构成。
实施方式5图22是表示由本发明实施方式5制造的环形烧结磁铁的立体图。本实施方式的环形烧结磁铁220在轴向规定区域的环外周上形成椭圆状的凹部221，在轴向的两端，垂直于轴向的端面的外径呈圆形。其他形状均与上述实施方式4相同。
相据图22的环形烧结磁铁220，能产生更多的磁通，降低顿转扭矩的同时，获得较大的马达输出。并且，能减小马达电流，谋求提高效率。还能获得所谓磁铁机械强度高的特性。
椭圆状凹部221的区域相对轴向长度为5～30％能获得效果。在图22中，在轴向两端设置了垂直于轴的截面外径的呈圆形的区域，但如图29所示，也可以在轴向中央部设置垂直于轴向的截面的外径呈圆形的区域。即，在图29的实施例中，在轴向两端面设置定位短轴(或长轴)位置的半椭圆状凹部221a，在轴向中央侧设置半椭圆状凹部221a与长轴(或短轴)的交点，再在轴向中央部设置垂直于轴向的截面的外径呈圆形的区域。
图23是由本发明实施方式5制造的环形烧结磁铁的其他实施例的立体图。图23的环形烧结磁铁230在环外周一部分具有椭圆状凹部231，同时其凹部231在轴向扭斜地构成。所以在上述效果的基础上，扭斜效果还能进一步减小顿转扭矩。另外，图24是表示图23中环形烧结磁铁的截面形状的图。
为了制造图22或图23中的环形烧结磁铁220、230，在形成环形磁铁成型体时使用实施方式1或实施方式2中所说明的模。并且在模的内周面上形成有轴向椭圆状凸部。另外，椭圆状凸部在轴向按规定角度旋转且倾斜地构成。
实施方式6图25是表示由本发明实施方式6制造的环形烧结磁铁的立体图。在环形磁铁的轴向端部，从环形磁铁产生的磁通不会到达定子，而是通过磁铁端部空间，产生会返回到该磁铁的成分，所以环形磁铁端部的有效工作磁通量变少。斜向形成的磁极的扭斜磁化效果在磁通产生为一定时能获得降低顿转的效果，但是在不一样的情况下，顿转降低效果就减弱。因此，为了补偿磁铁端部磁通量的减少，如图25所示，在环外周上形成具有凹部251及凸部252的凹凸形状，越在轴向端部，凹凸形状的扭斜角度变小(从外周观察，磁极边界与轴接近平行)。其结果，能补偿在轴向端部的磁通量的变动，能获得更高的顿转扭矩降低的效果。
为了制造图25中的环形烧结磁铁250，在形成环形磁铁成型体时使用实施方式1或实施方式2所说明的模。并且在该模的内周面上形成周期性凹凸形状，该凹凸形状相对于轴向旋转倾斜地构成，并且，越在轴向端部凹凸形状的扭斜角度变小。另外，环形磁铁成型体的成型过程和环形烧结磁铁的制造过程与上述实施方式1或实施方式2是同样的。
图26是表示由本发明实施方式6制造的环形磁铁的其他实施例的立体图。表示的是该环形烧结磁铁260在磁铁的最外周设置以环轴为中心的圆弧形状部263，象上述那样补偿扭斜角时的实施例。对磁通量变动进行补偿，通过扭斜获得顿转扭矩降低的效果，同时通过与定子之间的间隔窄且均匀，可以获得马达输出高以及顿转扭矩降低的效果。
根据磁铁制造方法，因磁铁本身具有的磁特性、定向特性偏差以及不纯物的混入等，在轴向会产生变化。所以也可以构成为在产生磁通量少的区域减小扭斜角。
为了制造图26的环形烧结磁铁260，在形成环形烧结磁铁成型体时使用实施方式1或实施方式2所说明的模。并且，在该模的内周面上周期地形成凹凸形状，该凹凸形状相对于轴向旋转且倾斜地构成，且越在轴向端部，凹凸形状的扭斜角度变小。并且，在凹部中形成有与模内径中心(轴中心)同轴的圆弧形状部。
实施方式7
图27是表示由本发明实施方式7制造的环形烧结磁铁的立体图。在把环形磁铁成型体271层积为一体的环形烧结磁铁270时，图27的环形烧结磁铁270将环形磁铁成型体271沿旋转方向错开层积。在这种情况下，层积面之间的形状必须重合。因此以各层产生的顿转扭矩刚好抵消在旋转方向上的错位角度方式即错开相位进行堆积，也能降低顿转扭矩。另外，图27的环形磁铁成型体271可使用上述实施方式1～6形成的环形磁铁成型体。
在环形磁铁的磁极数为八个、定子的切缝数为12的情况下，马达每转一周产生的顿转扭矩为24次。将360°分成24份为15°，以其半份7.5°错开，可以抵消环形磁铁上下分别产生的顿转扭矩，从而减少顿转扭矩。
实施方式8图28是表示由本发明实施方式8制造的环形烧结磁铁的立体图。图28的环形烧结磁铁280是将环形磁铁成型体281以凹凸部的扭斜方向在边界处将边界部相反的方式堆积烧结而成，该环形磁铁成型体281在环外径周期地形成上述凹凸部，且该凹凸部扭斜。采用这种结构，能降低每层在轴向产生的力，且减小噪音和振动。
权利要求
1.一种环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，具有带弹性的环状模、配置于上述模内周侧并在与该模之间形成供给磁性粉末的模穴的芯以及从轴向对供给到上述模穴内的磁性粉末以及上述模加压的加压部；还具有与上述模的内周面的轴垂直的截面形状根据轴向的位置而变化的部分。
2.如权利要求1所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，上述模由橡胶制成，且内部含有强磁性粉末，同时上述模外周配置着强磁性体环状部件。
3.如权利要求1所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，在上述模内周面的圆周方向，周期地形成有凹凸形状。
4.如权利要求3所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，上述凹凸形状的凹部形成有以环轴为中心的圆弧形状部。
5.如权利要求3所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，上述凹凸形状是在轴向上旋转且倾斜地形成(扭斜)的。
6.如权利要求5所述的环形磁铁成型体制造装置，其特征在于，在上述在轴向旋转且倾斜地形成(扭斜)的凹凸形状中，在轴向两端的旋转角(扭斜角)比在轴向中央部的旋转角(扭斜角)小。
7.如权利要求3所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，上述凹凸形状上的凸部的宽度或高度是根据轴向的位置连续变化的。
8.如权利要求1所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，上述模内周面的轴向两端部的截面形状是圆形。
9.一种环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，具有由多个拱状部件构成的环状模、配置于上述模的内周侧并在与该模之间形成供给磁性粉末的模穴的芯、从轴向对供给到上述模穴内的磁性粉末加压的加压部；还具有与上述模的内周面的轴垂直的截面形状根据轴向的位置而变化的部分。
10.如权利要求9所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，具有使上述拱状部件在环径向移动的移动机构，由上述拱状部件构成的模是强磁性体。
11.如权利要求9所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，在上述模内周面的圆周方向上周期地形成有凹凸形状。
12.如权利要求11所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，在上述凹凸形状的凹部形成有以环轴为中心的圆弧形状部。
13.如权利要求11所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，上述凹凸形状是在轴向旋转且倾斜形成(扭斜)的。
14.如权利要求13所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，在上述在轴向旋转且倾斜形成(扭斜)的凹凸形状中，在轴向两端的旋转角(扭斜角)比在轴向中央部的旋转角(扭斜角)小。
15.如权利要求11所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，上述凹凸形状上的凸部的宽度或高度是根据轴向的位置连续变化的。
16.如权利要求9所述的环形磁铁成型体的制造装置，其特征在于，上述模内周面的轴向两端部的截面形状是圆形。
17.一种环形烧结磁铁的制造方法，使用环形磁铁成型体的制造装置，该制造装置具有带弹性的环状磁性模、配置于上述模内周侧并在与该模之间形成供给磁性粉末的模穴的芯、从轴向对供给到上述模穴内供给的磁性粉末以及上述模加压的加压部以及与上述模的内周面的轴垂直的截面形状根据轴向的位置变化的部分；该制造方法包括以下工序向上述模穴内供给充填磁性粉末的工序，对该磁性粉末附加径向定向磁场的工序，由上述加压部从轴向对上述模穴内的磁性粉末加压形成环形磁铁成型体的工序，烧结上述环形磁铁成型体的工序。
18.如权利要求17所述的环形烧结磁铁的制造方法，其特征在于，在上述模的内周面的圆周方向周期地形成有凹凸形状，以与上述凹凸形状的凸部数量相同的磁极数量的方式使上述环形烧结磁铁磁化，同时在凹凸形状的凹部形成磁极边界。
19.一种环形烧结磁铁的制造方法，使用环形磁铁成型体的制造装置，该制造装置具有由多个拱状部件构成的环状的具有磁性的模、配置于上述模的内周侧并在与该模之间形成能供给磁性粉末的模穴的芯、从轴向对供给到上述模穴内的磁性粉末加压的加压部以及与上述模的内周面轴垂直的截面形状根据轴向的位置变化的部分；该制造方向包括以下工序对上述模穴内供给磁性粉末并对该磁性粉末附加径向定向磁场的工序，由上述加压部从轴向对上述模穴内的磁性粉末加压形成环形磁铁成型体的工序，烧结上述磁铁成型体的工序。
20.如权利要求19所述的环形烧结磁铁的制造方法，其特征在于，在上述模的内周面的圆周方向周期地形成有凹凸形状，以与上述凹凸形状的凸部数量相同的磁极数量的方式使上述环形烧结磁铁磁化，同时在凹凸形状的凹部形成磁极边界。
全文摘要
本发明的目的在于制造稀土类等环形烧结磁铁，该磁铁能使环形磁铁的形状轴向变化，减小旋转方向磁化分布的形变，同时能降低顿转扭矩，具有强磁力。使用环形磁铁成型体的制造装置，该装置具有由多个拱形部件(81～84)构成的环状的具有磁性的模(80)、配置在模(80)内周侧并形成能在与该模(80)之间供给磁性粉末的模穴的芯(93)、从轴向对供给到模穴内的磁性粉末加压的加压部(91、92)，还具有与模(80)的内周面的轴垂直的截面形状根据轴向的位置而变化的部分；向模穴内供给磁性粉末，并对磁性粉末附加径向定向磁场，同时由加压部(91、92)从轴向对模穴内的磁性粉未加压，成形环形磁铁成型体，进行烧结制造环形烧结磁铁。
文档编号H02K1/27GK1770603SQ20051012911
公开日2006年5月10日 申请日期2005年9月22日 优先权日2004年9月22日
发明者鹈饲义一, 石见泰造, 中原裕治 申请人:三菱电机株式会社