[发明专利]连续控制各向异性方向的稀土-铁类环形磁铁的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在磁极中心具有径向各向异性区、在磁极之间具有非径向磁性各向异性区，即使形成小口径也不会发生磁性特性劣化的连续控制各向异性方向的稀土-铁类环形磁铁的制造方法。更具体而言，本发明涉及连续控制各向异性方向的稀土-铁类环形磁铁的制造方法，所述连续控制各向异性方向的稀土-铁类环形磁铁用于被广泛用作家用电器、空调设备、以及信息设备等的各种驱动源的、对于约50W以下的磁铁型电动机的节电化、节能化、小型化、及静音化具有重大影响的高性能永久磁铁型电动机。

背景技术

电动机被视为是一种通过对钢铁、非铁金属、高分子等各种材料进行高精度加工来制造转子、轴、轴承、定子等，并将这些部分组合而得到的用来将电能转化为机械能的复合性功能部件。近年来，永久磁铁型电动机成为电动机的主流，所述永久磁铁型电动机利用的是对其它磁性材料具有吸引、排斥能力，并且具有无需外部能量即可永久性地产生静磁场的能力的磁铁。从物理学角度分析，磁铁与其它磁性材料的区别在于：即使在外部磁场消失之后，仍残留有效的磁化，当施加热或较大逆磁场等时，会首先发生磁化翻转(减磁)，进而还会伴随该磁化翻转引发磁化的降低。上述磁铁的重要特性值包括能量密度(BH)max。这是用单位体积表征的磁铁的潜在能。

然而，根据电动机的种类不同，磁铁的强吸引、排斥能力未必能够得以高性能化。不过，在非专利文献1中，由磁铁的基本特性之一的剩余磁通密度Br和电动机的性能指标的电动机常数KJ(KJ是输出转矩KT与电阻损耗的平方根之比)之间的关系得到下述结论：在作为本发明对象使用的环形磁铁的小型电动机中，当电动机直径、转子直径、空隙、软磁材料、磁铁尺寸等固定时，磁铁的能量密度(BH)max的增加将带来更高的转矩密度。

但是，由于该电动机的定子铁心中存在用来收纳线圈的槽和用来形成部分磁路的齿，因此，伴随旋转，会引发磁导率的变化。这样一来，能量密度(BH)max的增加会引起转矩脉动、即齿槽转矩的增大。而齿槽转矩的增加又会伴随阻碍电动机圆滑旋转、加大电动机的振动及噪声、旋转控制性变差等不良影响。

为了避免上述不良影响，一直以来，已有众多关于降低电动机的齿槽转矩的研究。

首先，对于在磁化方向上具有某恒定厚度的磁极，可列举磁铁的厚度不等化。例如，在非专利文献2中公开了一种具有经过了厚度不等化的磁极1、定子铁心2、定子铁心槽3、定子铁心齿4的小型电动机(如图11A所示)。具体而言，在非专利文献2中记载了下述内容：通过用剩余磁化Br1.2T、磁极中心的最大厚度为3mm、磁极两端的最小厚度为1.5mm的经过了厚度不等化的磁极来制作12极18槽表面磁铁型同步电动机(SPMSM)，可实现齿槽转矩的极小化。这里，应该理解的是，虽然此时列举的是磁极外径侧的厚度不等，但即使是与之相反的磁极内径侧厚度不等的磁极，也可以降低齿槽转矩。

另外，在非专利文献2中指出：为了如图11A所示地通过进行磁极的厚度不等化来达到齿槽转矩的极小化，所进行的厚度不等化必须要使磁极两端的最小厚度达到磁极中心的最大厚度的1/2左右。也就是说，如果磁极的厚度、即磁化的方向(厚度)薄，则即使对磁极进行厚度不等化、使齿槽转矩极小化，也无法获得充分的效果。另外，一般而言，由于较薄的磁极从机械强度方面考虑也是脆弱的磁极，因此还存在加工困难的问题。

另一方面，对于磁化方向上的厚度较薄的磁极，已知有在非专利文献3中披露的将磁极扭斜(skew)的方法(如图11B所示)、或在非专利文献4中披露的将磁极间的磁极面积连续削除的方法(如图11C所示)。

纵观上述现有技术，采用的均是使厚磁极的磁极端厚度减小至1/2水平，加大与定子铁心之间的空隙、或是削减薄磁极的磁极间面积的方法。这样一来，由磁极产生的静磁场Ms的磁通量Φ、即流入定子铁心的量会因磁阻的增加而减少。其结果，利用这些方法时，齿槽转矩的较小通常会引起转矩密度发生10～15％的降低。因此，利用图11A、图11B及图11C所示的现有技术的齿槽转矩降低法存在着下述问题：因磁铁的能量密度(BH)max增大而牺牲了电动机的转矩密度的增加。