专利名称：马达用永久磁铁的制作方法
技术领域：
本发明涉及马达用永久磁铁(下面有时也简单地称之为磁铁)，更详细地说，涉及从磁铁的作用面上泄漏的磁场少，高效率地利用磁场、并且可以提高马达的转矩的马达用磁铁。
背景技术：
在现有技术中，作为这种磁铁，例如，使用如图14(A)所示，在长度方向的截面上，从非作用面H向作用面L平行取向的扇形磁铁，以及如图15(A)所示的从非作用面H1、H2向作用面L、并且向中央区域聚拢取向的扇形磁铁。
但是，如图14(B)、图15(B)所示，一般地，当将磁铁21的长度和与之对向的转子23的长度进行比较时，磁铁21的长度大，这些磁铁21的两个端部区域的表面磁场脱离转子23的作用长度，因此不能有效地加以利用，不能使在定子22和转子23之间的间隙产生的磁场足够大，从而，存在着转矩小的问题。
在图中，24是强磁性体外壳，25是转子的激磁线圈，26是轴，省略了电刷，轴承，导线等。
本发明鉴于这种情况，为了消除上述问题，提供通过减少泄漏磁场、加大有效磁场，使转矩增大的马达用磁铁。
发明内容
本发明的发明人，为了解决上述课题，经过深入研究，结果发现，通过将在长度方向的截面上的磁性粉容易磁化的轴形成特定的取向图形，并且，使非作用面H1与作用面L1的关系以及作用区域L2的长度与作用面L1的长度满足特定的关系，可以解决上述课题，从而完成本发明。
即，本发明的技术方案1所述的永久磁铁，在长度方向的截面上、将表面和背面中的一个面作为作用面L1，在该作用面L1内备有比该作用面L1窄的作用区域L2，并且，备有与前述作用面L1相接触的两个侧面的非作用面H1以及与所述两个侧面H1接触、位于作用面L1相反侧的非作用面H2，其特征为，构成该磁铁的磁性粉粒子容易磁化的轴实质上从非作用面H1、H2向作用区域L2收拢取向，非作用面H1的长度与作用面L1的长度关系满足1/10≤H1/L1≤10/10的同时，作用区域L2的长度与作用面L1的长度关系满足35/100≤L2/L1≤98/100。
作为优选形式的技术方案2为在技术方案1所述的马达用永久磁铁中，永久磁铁由磁场取向用磁性粉和合成树脂构成。
作为优选形式的技术方案3为在技术方案2所述的马达用永久磁铁中，合成树脂是从聚酰胺树脂，丙稀腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂，聚氯乙稀树脂，聚苯硫醚(PPS)树脂，以及氯化聚乙烯树脂中选择出来的至少其中一种。
作为优选形式的技术方案4为在技术方案1～3中任何一个所述的马达用永久磁铁中，磁场取向用磁性粉以钐-铁-氮为主成分，所述磁性粉的平均粒径为0.8～8μm，其圆形度系数为78％以上。
其中，圆形度系数的定义如下。
定义式圆形度系数(％)＝4πS/L2×100％S＝粒子的投影面积L＝粒子像的周长作为优选的形式的技术方案5为在技术方案1～4中任何一个所述的马达用永久磁铁中，永久磁铁的形状为圆环状，圆筒状，圆盘状或者瓦状。
如上所述，在使本发明的长度方向截面上的磁性粉的容易磁化的轴形成特定取向图形的同时，通过非作用面H1与作用面L1，以及作用区域L2与作用面L1满足特定的关系，可以有效地增大在磁铁与强磁性体之间产生的磁场，结果，可以提高马达的转矩。
图1是本发明的磁铁的说明图。
图2是H1/L1小于1/10时的磁铁的说明图。
图3是H1/L1大于10/10时的磁铁的说明图。
图4是L21/L1小于35/100时的磁铁的说明图。
图5是L21/L1大于95/100时的磁铁的说明图。
图6是表示用于制造本发明的磁铁的注塑成形用金属模的一个例子的简图。
图7是表示用于制造本发明的磁铁的注塑成形用金属模的另外一个例子的简图。
图8(A)，(B)是表示本发明的磁铁的相对于长度方向、直角方向的剖面图及沿其a-a方向的剖面图，(C)是表示组装入该磁铁的马达的简图。
图9(A)，(B)是表示本发明的磁铁的相对于长度方向、直角方向的剖面图及沿其b-b方向的剖面图，(C)是表示组装入该磁铁的马达的简图。
图10(A)，(B)是表示本发明的磁铁的相对于长度方向、直角方向的剖面图及沿其c-c方向的剖面图，(C)是表示组装入该磁铁的马达的简图。
图11(A)是表示本发明的磁铁的长度方向的剖面图，(B)是表示组装入该磁铁的马达的简图。
图12(A)是表示本发明的磁铁的长度方向的剖面图，(B)是表示组装入该磁铁的马达的简图。
图13(A)、(B)是表示本发明的磁铁的正视图及沿其d-d方向的剖面图，(C)是表示组装入该磁铁的马达的简图。
图14(A)是表示现有技术的磁铁的长度方向的剖面图，(B)是表示组装入该磁铁的马达的简图。
图15(A)是表示现有技术的磁铁的长度方向的剖面图，(B)是表示组装入该磁铁的马达的简图。
具体实施例方式
本发明的马达用永久磁铁如图1所示，在长度方向的截面上、将表面和背面中的一个面作为作用面L1，在该作用面L1内备有比该作用面L1窄的作用区域L2，并且，备有与前述作用面L1相接触的两个侧面的非作用面H1以及与所述两个侧面H1接触、位于作用面L1相反侧的非作用面H2，其特征为，构成该磁铁的磁性粉粒子容易磁化的轴实质上从非作用面H1、H2向作用区域L2收拢取向，非作用面H1的长度与作用面L1的长度关系满足1/10≤H1/L1≤10/10的同时，作用区域L2的长度与作用面L1的长度关系满足35/100≤L2/L1≤98/100。
图中，1为永久磁铁，2为转子或定子，下面，有时也将它们称之为强磁性体。
此外，在本发明中，所谓作用区域L2，是指相对于强磁性体2进行磁作用的区域，通常相当于强磁性体2的长度。
在本发明中，当H1/L1小于1/10时，如图2所示，磁铁1的长度与强磁性体2的长度相比过大，两个端部的取向度变小，对于磁铁的量的比例而言，不能获得充分的效果，此外，由于磁铁1的厚度变薄，因表面紊流和急冷引起取向紊乱，不能获得充分的效果，另一方面，当H1/L2大于10/10时，如图3所示，由于磁铁1的厚度过厚，所以取向度降低，向作用区域L2的聚拢取向度降低，不能获得充分的效果。
此外，当L2/L1小于35/100时，如图4所示，强磁性体2挡住的磁场饱和，使用大的磁铁失去意义。另一方面，当L2/L1大于95/100时，如图5所示，强磁性体2的长度与磁铁1的长度相比基本上不变，向作用区域L2的聚拢取向度有限度，不能期待获得很好的效果。
本发明的马达用磁铁可以是合成树脂磁铁和烧结磁铁中的一种。作为合成树脂磁铁和烧结磁铁中的磁性粉，可以使用铁氧体系磁性粉，阿尔尼科合金系磁性粉，以及钐-钴系磁性粉或钕-铁-硼系磁性粉，钐-铁-氮系磁性粉等稀土类磁性粉等现有技术中公知的各向异性磁性粉特别是，以钐-铁-氮为主成分，其磁性粉的平均粒径为0.8～8μm，其圆形度系数为78％以上的磁性粉因可获得容易提高在磁场中成形的取向度，同时，兼具固有矫顽力的磁性特性良好的合成树脂磁铁而是适用的。
其中，圆形度系数的定义如下。
定义式圆形度系数(％)＝4πS/L2×100％S＝粒子的投影面积L＝粒子像的周长。
作为用于本发明的粘结剂的合成树脂，可以使用现有技术中公知的任何一种粘结剂。作为其代表性的例子，可以使用聚酰胺6，聚酰胺12、聚酰胺66，含有芳香环的芳香族聚酰胺等聚酰胺系树脂；聚氯乙稀树脂，氯乙稀-醋酸乙烯共聚物树脂，聚甲基丙烯酸甲酯树脂，聚苯乙烯树脂，将聚乙烯及聚丙烯等单独或共聚的聚烯烃系树脂；聚氨基甲酸乙酯树脂，有机硅树脂，聚碳酸酯树脂，聚丁烯对苯二酸酯(PBT)，聚对苯二甲酸乙酯(PET)等聚酯树脂，聚醚醚酮(PEEK)树脂，聚亚苯基硫醚(PPS)树脂，氯化聚乙烯(CPE)树脂，氯磺化聚乙烯树脂(杜邦公司制商品名为“ハイパロン”)，丙稀腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂，液晶树脂，环氧系树脂，酚醛系树脂等；异戊二烯橡胶，氯丁橡胶，聚苯乙烯丁二烯共聚树脂，丁二烯橡胶，丙稀腈丁二烯等橡胶；烯烃系乙烯-丙稀-二烯烃-亚甲基(EPDM)，氨基甲酸乙酯系，聚酯系等弹性体等。它们可以单独使用，也可以根据需要将两种以上混合使用。它们当中，优选地为，聚酰胺树脂，ABS树脂，聚氯乙稀树脂，PPS树脂，液晶树脂，弹性体。
在它们当中，聚酰胺树脂，丙稀腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂，聚氯乙稀树脂，聚苯硫醚(PPS)树脂，氯化聚乙烯树脂是优选的。即聚酰胺树脂、特别是聚酰胺6或聚酰胺12可以兼具高的机械强度和100℃以上的良好的耐热性能并且廉价，适合于马达使用。ABS树脂容易电镀，适合用于要求电镀的健康用器具，聚氯乙稀树脂或氯化聚乙烯树脂和可塑剂一起使用，适合于卷入式马达用定子等，PPS由于其耐热性能及耐化学药品性能良好并且热膨胀率小，所以，适用于在使用环境苛刻的情况下应用。
作为磁性粉和粘结剂的合成树脂的配合比例，优选的范围为，磁性粉为40～70体积％，合成树脂为60～30体积％。在磁性粉不足40体积％时，磁性能不足，另一方面，当其超过70体积％时，有成形性恶劣的倾向。
此外，不言而喻，根据不同的目的可以使用现有技术中常用的可塑剂和抗氧化剂，表面处理剂等。
作为成形方法，在合成树脂磁铁的情况下，可以使用注塑成形，压缩成形，挤压成形等已知的方法，在烧结磁铁的情况下，作为毛坯的制成方法，可以使用已知的湿式成形，干式成形。
图6是表示注塑成形用金属模的一个例子的简图，11是模腔，12是浇口，13上突出销。此外，斜线部为轭架(强磁性体)，画点的部分为非磁性体。
图7是表示控制在长度方向的截面上磁性粉的容易磁化的轴在侧面聚拢取向用的金属模的磁路。11是模腔，12是浇口，13为突出销。此外，斜线部为轭架(强磁性体)，画点的部分为非磁性体。
在利用上述注塑成形金属模制造本发明的马达用磁铁时，将以磁性粉和合成树脂为主成分的树脂磁铁组成物经由浇口12填充到模腔11内，如箭头所示，沿着磁力线磁性粉的容易磁化的轴从外侧的非作用面均匀或聚拢地在内侧的作用面上取向。此外，为了加热浇口12，可以在它们的附近配置加热器等。在这种情况下，一般地，金属模主体设置绝热层，采取相应的措施不把模腔加热到所需温度以上。
此外，压缩成形机和加压成形机可以使用公知的设备、可以装入和注塑成形用金属模同样的磁路。在烧结磁铁的情况下，可以使用湿式成形、干式成形作为毛坯的制造方法。
本发明的马达用磁铁的形状最好为圆筒状，圆盘状，瓦状。
下面，对本发明的马达用磁铁的优选实施形式以及将其作为定子或转子使用时的实施形式进行说明。
图8(A)为瓦状磁铁1的正视图，(B)为(A)的a-a向剖面图，(C)为用该磁铁1作为动定子2使用时的马达的简略剖面图。图中，3为转子，4为强磁性体外壳，5为转子的激磁线圈，6为轴。
图9(A)为大致是圆筒状的磁铁1的正视图，(B)为(A)的b-b向剖面图，(C)为利用该磁铁1作为定子2使用的马达的简略剖面图。
图10(A)为圆环状的磁铁1的正视图，(B)为(A)的c-c向剖面图，(C)为利用该磁铁1作为定子2的马达的简略剖面图。
图11(A)为圆筒状的磁铁1的剖面图，(B)为使用该磁铁1作为内转子7使用的马达的简略剖面图。图中，8为定子激磁线圈。
图12(A)为圆筒状磁铁1的剖面图，(B)为使用该磁铁1作为外转子9使用的马达的简略剖面图。图中，10为定子激磁线圈。
图13(A)为圆盘(环)状磁铁1的正视图，(B)为(A)的d-d向剖面图，(C)为使用该磁铁1作为转子3的马达的简略剖面图。图中，10a为无芯线圈。
实施例下面，基于实施例和比较例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不因此而受到任何限制。
此外，合成树脂磁铁及烧结磁铁的配比及成形条件如下。
(合成树脂磁铁的配比)磁粉(铁氧体磁粉氧化铅铁淦氧磁体系锶系铁氧体平均粒径1.5μm) 68体积％
合成树脂(聚酰胺12) 31体积％表面处理剂(TTS异丙基三异硬脂酰钛酸酯)1体积％(合成树脂的成形条件)注塑缸温度280℃金属模温度100℃注塑压力1500kg/cm2励磁时间20秒冷却时间25秒注塑周期40秒(烧结磁铁的配比)磁粉(铁氧体磁粉氧化铅铁淦氧磁体系锶系铁氧体平均粒径1.5μm)50体积％水 50体积％(烧结磁铁的成型条件)脱水方法腔室方式激磁方法纵向磁场成形成形温度25℃烧结温度1250℃实施例1、比较例1～2利用上述配比和成形条件，制造圆环状的马达用磁铁，用该磁铁作为定子，组装如图10或图8所示的马达(定子和转子的间隙＝0.2mm)，评价其性能。结果示于表1。如从表1可以看出的，实施例1是比较例1的间隙磁场的1.1倍，此外，由于比较例2的L2/L1小，所以间隙磁场为比较例1的0.9倍。
此外，对于比较例1～2，在图10(B)中，如图14所示，使用从非作用面向作用面平行取向的圆环状磁铁。
表1
*在图10(B)中，如图14所示，从非作用面向作用面平行取向。
实施例2～3除如表2所示的变更之外，进行和实施例1相同的操作。结果示于表2。为了进行比较，将实施例1的结果也一起列于表2中。如从表2可以看出的，实施例2～3增大到前述比较例1的间隙磁场的1.06倍、1.15倍。
表2
实施例4～6、比较例3除如表3所示的变更之外，进行和实施例1相同的操作。结果示于表3。如从表3可以看出的，在实施例4～6中，增大到比较例3的间隙磁场的1.07倍，1.04倍，1.10倍。
此外，对于比较例3，在图8(B)中，如图14所示，使用从非作用面向作用面平行取向的瓦状磁铁。
表3
*在图8中，如图14所示，从非作用面向作用面平行取向。
实施例7～9、比较例4除如表4所示的变更之外，进行和实施例1相同的操作。结果示于表4。如从表4可以看出的，实施例7～9为比较例4的间隙磁场的1.1倍、1.05倍、1.04倍，此外，从实施例8、9的对比可以看出，SmFeN系磁性粉的平均粒径为0.8～8μm的实施例8比在此范围之外的实施例9的间隙磁场大，进而，圆形度系数为78％以上的实施例7比在此范围之外的实施例8的间隙磁场大。
此外，对于比较例4，在图10(B)中，如图14所示，使用从非作用面向作用面平行取向的圆环状磁铁。
表4
*在图10(B)中，如图14所示，从非作用面向作用面平行取向。
权利要求
1.一种马达用永久磁铁，在长度方向的截面上、将表面和背面中的一个面作为作用面L1，在该作用面L1内备有比该作用面L1窄的作用区域L2，并且，备有与前述作用面L1相接触的两个侧面的非作用面H1以及与所述两个侧面H1接触、位于作用面L1相反侧的非作用面H2，其特征为，构成该磁铁的磁性粉粒子容易磁化的轴实质上从非作用面H1、H2向作用区域L2收拢取向，非作用面H1的长度与作用面L1的长度关系满足1/10≤H1/L1≤10/10的同时，作用区域L2的长度与作用面L1的长度关系满足35/100≤L2/L1≤98/100。
2.如权利要求1所述的马达用永久磁铁，所述永久磁铁由磁场取向用磁性粉和合成树脂构成。
3.如权利要求2所述的马达用永久磁铁，所述合成树脂是从聚酰胺树脂，丙稀腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂，聚氯乙稀树脂，聚苯硫醚(PPS)树脂，以及氯化聚乙烯树脂中选择出来的至少其中一种。
4.如在权利要求1～3中任何一个所述的马达用永久磁铁，磁场取向用磁性粉以钐-铁-氮为主成分，所述磁性粉的平均粒径为0.8～8μm，其圆形度系数为78％以上，其中，圆形度系数的定义如下，定义式圆形度系数(％)＝4πS/L2×100％S＝粒子的投影面积L＝粒子像的周长。
5.如权利要求1～4中任何一个所述的马达用永久磁铁所述，永久磁铁的形状为圆环状，圆筒状，圆盘状或者瓦状。
全文摘要
提供一种有效地利用磁场、提高马达转矩的永久磁铁。在长度方向的截面上、将表面和背面中的一个面作为作用面L1，在该作用面L1内备有比该作用面L1窄的作用区域L2，并且，备有与前述作用面L1相接触的两个侧面的非作用面H1以及与所述两个侧面H1接触、位于作用面L1相反侧的非作用面H2，这种永久磁铁的特征为，构成该磁铁的磁性粉粒子容易磁化的轴实质上从非作用面H1、H2向作用区域L2收拢取向，非作用面H1的长度与作用面L1的长度关系满足1/10≤H1/L1≤10/10的同时，作用区域L2的长度与作用面L1的长度关系满足35/100≤L2/L1≤98/100。
文档编号H02K1/12GK1452292SQ0310185
公开日2003年10月29日 申请日期2003年1月20日 优先权日2002年4月19日
发明者中塚哲, 田中逸郎 申请人:户田工业株式会社